JP2005262290A - Laser beam machining apparatus, laser beam machining method and structure produced by the machining apparatus or machining method - Google Patents

Laser beam machining apparatus, laser beam machining method and structure produced by the machining apparatus or machining method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain a device where, even without performing operation at high precision such as the movement of an optical system or the object to be machined, simultaneous machining can be performed at a plurality of parts in a depth direction from the surface of the object to be machined. <P>SOLUTION: The laser beam machining apparatus where the object to be machined is irradiated with laser light and is machined is composed of: a laser light source of emitting laser light; a wavelength distribution control means of controlling the distribution in the wavelength of the laser light; and a propagation means of propagating the laser light to spatially different positions in dependence on the wavelength. By controlling the distribution in the wavelength of the laser light by the wavelength distribution control means, a plurality of parts at the inside of the object to be machined having high transmissivity to the laser light can be discretely and simultaneously machined. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内部変質点による微細形状を必要とする高精度部品の形成に関し、内部微細立体デバイス又は内部屈折率変調素子等を形成するレーザ加工装置、レーザ加工方法、及びこれらの加工装置又は加工方法により作製された構造体に関するものである。
このレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、光学記録装置の記録ピット形成、内部に屈折率変調部を有する光学素子の内部加工、内部に１層又は複数層の屈折率変調部を有する回折光学素子やホログラム素子の作製、マイクロマシンやマイクロセンサー等の内部加工、マイクロ流路等の内部構造を持つチップの加工等に利用されるものである。 The present invention relates to the formation of a high-precision component that requires a fine shape due to an internal alteration point, a laser processing apparatus, a laser processing method, and a processing apparatus or a process for forming an internal micro three-dimensional device or an internal refractive index modulation element. The present invention relates to a structure manufactured by the method.
This laser processing apparatus and laser processing method are used to form a recording pit of an optical recording apparatus, internal processing of an optical element having a refractive index modulation portion therein, a diffractive optical element having one or more refractive index modulation portions inside, It is used for the production of hologram elements, internal processing of micromachines and microsensors, processing of chips having internal structures such as microchannels, and the like.

レーザ内部加工に関する従来技術としては、次のようなものがある。
(１) 特開２００３−１９５０２３号公報
この公報には、「プラスチック透過型回折格子及びその製造方法」について、ピコ秒以下の短パルスレーザにより内部加工されたプラスチック透過型回折格子及びその製造方法が記載されおり、二光束干渉を利用した複数箇所の加工についても開示されている。
(２) 特開２００１−２１２７９６号公報
この公報には、「レーザ加工方法」について、１ピコ秒以下の短パルスレーザによる加工によって、レーザ波長の吸収率の異なる薄膜を積層させ、容易に３次元構造体を加工する方法が記載されている。 The following are related arts related to laser internal processing.
(1) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-195023 This publication describes a plastic transmission diffraction grating internally processed by a short pulse laser of picoseconds or less and a method for manufacturing the plastic transmission diffraction grating. In addition, processing at a plurality of locations using two-beam interference is also disclosed.
(2) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-212796 In this publication, a “laser processing method” is easily processed in three dimensions by laminating thin films having different absorptances of laser wavelengths by processing with a short pulse laser of 1 picosecond or less. A method for processing a structure is described.

(３) 特開２００２−３１１４６６号公報
この公報には、「非線形光学素子及びその製造方法」について、石英ガラスにＧｅなどをドープした基板の一部に直流高電圧を印加し、そこに短パルスレーザ光を照射することにより、コア領域に光学的異方性を付与した非線形光学素子を製造する方法が記載されている。
(４) 特開２００２−１８２５４６号公報
この公報には、「光情報記録体、光情報記録体の情報記録方法、容器」について、超短パルスレーザを用いて透明基板内部に光の透過不透過のパターンを記録した振幅型計算機生成ホログラム（ＣＧＨ)であって、これを多層化した光情報記録体が記載されている。 (3) Japanese Patent Laid-Open No. 2002-311466 This publication describes a “nonlinear optical element and a manufacturing method thereof” in which a DC high voltage is applied to a part of a substrate in which quartz glass is doped with Ge or the like, and a short pulse is applied thereto. A method for manufacturing a nonlinear optical element in which optical anisotropy is imparted to a core region by irradiating a laser beam is described.
(4) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-182546 This publication describes “optical information recording body, information recording method of optical information recording body, container”, and transmission and transmission of light into the transparent substrate using an ultrashort pulse laser. Is an amplitude type computer generated hologram (CGH) in which the above pattern is recorded, and an optical information recording body in which this is multilayered is described.

(５) 特開２００１−３３２０９２号公報
この公報には、「超短光パルスによりガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの書き換え方法」について、超短光パルスレーザによりガラス内部に光誘起屈折率変化によるビットを三次元的に生成させ、この三次元に生成させたビットを加工用の該超短光パルスレーザよりも低エネルギーのレーザ光で照射し、この低エネルギーのレーザ光を該ビットより手前に集光することで該ビットを移動させ、ビットの書き換えを行うデータ書き換え方法が記載されている。 (5) Japanese Patent Laid-Open No. 2001-332092 In this publication, “a method of rewriting data in a three-dimensional optical memory device fabricated in glass by an ultrashort optical pulse” is photo-induced inside the glass by an ultrashort optical pulse laser. A bit due to a change in refractive index is generated three-dimensionally, and the bit generated in three dimensions is irradiated with a laser beam having a lower energy than the ultrashort optical pulse laser for processing. A data rewriting method is described in which the bit is rewritten by focusing light before the bit to rewrite the bit.

また、複数波長を用いたレーザ加工に関する従来技術としては、次のようなものがある。
(６) 特開平５−１０４２７６号公報
この公報には、「レーザ加工装置およびレーザによる加工方法」に関する発明が記載されており、これらの加工装置及び加工方法は次のように構成されている。
「レーザビームを発生するレーザ発振源と、レーザ発振源から発生するレーザビームを逓倍波とする逓倍波発生装置と、逓倍波とされたレーザビームと、レーザ発振源から発生するレーザビームとを被加工物に導くビーム光路とを有するレーザ加工装置。」及び
「レーザ発振源から発生するレーザビームを逓倍波とし、このレーザビームとレーザ発振源から発生するレーザビームとを被加工物に照射して被加工物を加工するレーザによる加工方法。」 Moreover, the following is a conventional technique related to laser processing using a plurality of wavelengths.
(6) Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-104276 This publication describes an invention relating to “laser processing apparatus and laser processing method”, and these processing apparatuses and processing methods are configured as follows.
“A laser oscillation source that generates a laser beam, a multiplied wave generator that uses the laser beam generated from the laser oscillation source as a multiplied wave, a laser beam that has been multiplied, and a laser beam that is generated from the laser oscillation source. A laser processing apparatus having a beam optical path leading to a workpiece, ”and“ a laser beam generated from a laser oscillation source is a double wave, and the workpiece is irradiated with the laser beam and a laser beam generated from the laser oscillation source. A laser processing method for processing workpieces. "

(７) 特開平５−１９２７７９号公報
この公報には、「レーザ加工装置」に関する発明が記載されており、このレーザ加工装置は次のように構成されている。
「レーザ発振器と、このレーザ発振器から出力されたレーザ光を第１のレーザ光とこの第１のレーザ光よりも波長の短い第２のレーザ光に変調する変調手段と、該第１のレーザ光と第２のレーザ光とを集光して被加工物に照射する集光光学系と、この集光光学系と上記変調手段との間に設けられ上記第１のレーザ光を第２のレーザ光と異なる光路に導入して、この第１のレーザ光の上記集光光学系に至るまでの光路長を制御する光路補正手段と、上記第１のレーザ光の光路に設けられこの第１のレーザ光が上記集光光学系に到達する光量を制御する第１の光量制御手段と、上記第２のレーザ光の光路に設けられこの第２のレーザ光が上記集光光学系に到達する光量を制御する第２の光量制御手段とを具備したレーザ加工装置。」 (7) Japanese Patent Laid-Open No. 5-192779 This publication describes an invention relating to a “laser processing apparatus”, and this laser processing apparatus is configured as follows.
“Laser oscillator, modulation means for modulating laser light output from the laser oscillator into first laser light and second laser light having a shorter wavelength than the first laser light, and the first laser light. A condensing optical system for condensing the laser light and the second laser light and irradiating the workpiece, and the first laser light provided between the condensing optical system and the modulating means is used as the second laser. An optical path correction means for controlling the optical path length of the first laser light to reach the condensing optical system introduced into a different optical path from the light, and provided in the optical path of the first laser light. A first light amount control unit that controls the amount of light that the laser light reaches the condensing optical system, and the amount of light that is provided in the optical path of the second laser light and that the second laser light reaches the condensing optical system A laser processing apparatus comprising a second light quantity control means for controlling the above. "

(８) 特開２００２−２２４８７３号公報
この公報には、「レーザ加工方法およびその装置」に関する発明が記載されており、このレーザ加工方法は次のようなものである。
「異なる材質が積層されて形成された被加工体に固体レーザ発振器からのレーザ光を照射して所定個所に精密小孔を加工するレーザ加工方法において、該被加工体に同時に照射する複数のレーザ光の波長は、波長４００ｎｍ〜６００ｎｍと波長４００ｎｍ以下の２波長以上を組み合わせたレーザ加工方法。」及び
「上記レーザ発振器の基本波から発生した２つ以上の高調波を同時に上記被加工体に照射する上述のレーザ加工方法。」 (8) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-224873 This publication describes an invention relating to “laser processing method and apparatus”, and this laser processing method is as follows.
“In a laser processing method in which a laser beam from a solid-state laser oscillator is irradiated on a workpiece formed by stacking different materials to form a precision small hole at a predetermined location, a plurality of lasers that simultaneously irradiate the workpiece. The laser processing method is a combination of two or more wavelengths of 400 to 600 nm and a wavelength of 400 nm or less. ”And“ Two or more harmonics generated from the fundamental wave of the laser oscillator are simultaneously irradiated onto the workpiece. The above laser processing method. "

(９) 特開２０００−１９００８８号公報
この公報には、「レーザ加工装置および加工方法と被加工物」に関する発明が記載されており、このレーザ加工装置は次のようなものである。
「少なくとも異なる２つの波長のレーザ光を出力するレーザ手段と、これらの波長を選択するレーザ波長選択手段を設けたレーザ加工装置。」及び
「レーザ波長選択手段として、基本波長のレーザを発生するレーザ発振器と、基本波長のレーザ光から高調波波長を発生する高調波発生器を設けた上述のレーザ加工装置。」 (9) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-190088 This publication describes an invention relating to “a laser processing apparatus, a processing method, and a workpiece”, and the laser processing apparatus is as follows.
“Laser processing apparatus provided with laser means for outputting laser beams of at least two different wavelengths and laser wavelength selection means for selecting these wavelengths.” And “Laser that generates a laser with a fundamental wavelength as laser wavelength selection means” The above laser processing apparatus provided with an oscillator and a harmonic generator that generates a harmonic wavelength from laser light having a fundamental wavelength. "

前記従来のレーザ加工装置又はレーザ加工方法では、使用するレーザの波長領域において透明である物質内部を加工する際、被加工物表面からの深さ方向において同時に複数点でレーザを集光することが困難であった。また、加工パターンを自在に加工するためには、ステージを移動させるなど高精度な操作を必要とする困難な手法を用いていた。
特開２００３−１９５０２３号公報 特開２００１−２１２７９６号公報 特開２００２−３１１４６６号公報 特開２００２−１８２５４６号公報 特開２００１−３３２０９２号公報 特開平５−１０４２７６号公報 特開平５−１９２７７９号公報 特開２００２−２２４８７３号公報 特開２０００−１９００８８号公報 In the conventional laser processing apparatus or laser processing method, when processing the inside of a substance that is transparent in the wavelength region of the laser to be used, the laser can be focused at a plurality of points simultaneously in the depth direction from the surface of the workpiece. It was difficult. Further, in order to freely process the processing pattern, a difficult method that requires high-precision operation such as moving the stage has been used.
JP 2003-195023 A JP 2001-212796 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-311466 JP 2002-182546 A JP 2001-332092 A JP-A-5-104276 JP-A-5-19279 JP 2002-224873A Japanese Patent Laid-Open No. 2000-190088

本発明の課題は、光学系又は被加工物を移動させるなどの高精度な操作をすることなく、被加工物表面から深さ方向において複数箇所で同時に加工し得るよう工夫することにより、従来技術の問題点を解決することである。   The problem of the present invention is that the conventional technique is devised so that it can be simultaneously processed at a plurality of locations in the depth direction from the surface of the workpiece without performing high-precision operations such as moving the optical system or the workpiece. It is to solve the problem.

上記課題に対する解決手段は、レーザ光の波長分布を制御し、波長に依存して空間的に異なる位置にレーザ光を伝播させて、被加工物の表面から深さ方向において複数箇所を離散的にかつ同時に加工することが基本となる。
〔解決手段１〕（請求項１に対応）
上記課題を解決するために講じた解決手段１は、レーザ光を被加工物に照射して加工を行うレーザ加工装置を前提として、次の(イ)〜(ニ)によるものである。
(イ) レーザ光を照射するレーザ光源と、
(ロ) 該レーザ光の波長分布を制御する波長分布調整手段と、
(ハ) 波長に依存して空間的に異なる位置にレーザ光を伝播させる伝播手段とから構成され、
(ニ) 上記波長分布調整手段によりレーザ光の波長分布を制御することにより、該レーザ光に対して透過性の高い被加工物の内部の複数箇所を離散的にかつ同時に加工することである。 The solution to the above problem is to control the wavelength distribution of the laser beam, propagate the laser beam to spatially different positions depending on the wavelength, and discretely distribute a plurality of locations in the depth direction from the surface of the workpiece. And it is fundamental to process at the same time.
[Solution 1] (corresponding to claim 1)
Solution 1 taken in order to solve the above problems is based on the following (a) to (d) on the premise of a laser processing apparatus that performs processing by irradiating a workpiece with laser light.
(B) a laser light source for irradiating laser light;
(B) wavelength distribution adjusting means for controlling the wavelength distribution of the laser beam;
(C) It is composed of propagation means for propagating laser light to spatially different positions depending on the wavelength,
(D) By controlling the wavelength distribution of the laser beam by the wavelength distribution adjusting means, a plurality of locations inside the workpiece having high transparency to the laser beam are discretely and simultaneously processed.

〔作 用〕
レーザ光源としては、パルス状に発振するレーザ光、レーザ光の波長変換素子により変換されたレーザ光、又はレーザ光を利用して発光する発光体などを利用することができる。
このレーザ光源からのレーザ光は、波長分布調整手段により波長ごとの強度を調整するか、又は一部の波長のみが選択的に取り出される。この波長分布調整手段は、時間経過と共にあるいはパルスごとに変化させることが可能であり、又は選択波長を変化させることも可能である。この波長分布が制御された光源からのレーザ光は、続いて配置される光学系に伝播される。
この光学系は、例えば波長により屈折率の異なるレンズや焦点の異なる回折素子を配置するなどして、空間的に光軸方向に照射位置の異なる点に集光されるようにする。この被加工物（被加工材料）は、レーザ光に同期して移動させることも可能である。このような光学系により波長に依存した加工位置変化を実現することができる。 [Work]
As the laser light source, a laser beam that oscillates in a pulse shape, a laser beam converted by a wavelength conversion element of the laser beam, a light emitter that emits light using the laser beam, or the like can be used.
The laser light from the laser light source is adjusted in intensity for each wavelength by the wavelength distribution adjusting means, or only some wavelengths are selectively extracted. The wavelength distribution adjusting means can be changed with time or for each pulse, or the selected wavelength can be changed. The laser light from the light source whose wavelength distribution is controlled is propagated to the optical system that is subsequently arranged.
In this optical system, for example, a lens having a different refractive index or a diffractive element having a different focal point is arranged depending on the wavelength, so that the light is condensed at a point where the irradiation position is spatially different in the optical axis direction. This workpiece (workpiece material) can also be moved in synchronization with the laser beam. With such an optical system, it is possible to realize a processing position change depending on the wavelength.

この加工装置はレーザ光を集光し、その近傍ではレーザ光照射強度が大きくなる。被加工物はレーザ光の集光点近傍で多光子吸収を起こし加工されるが、該レーザ光に対し透明である。
ここで、光源からのレーザ光の波長ごとの強度調整、又は波長の選択を行うことにより、光軸方向のレーザ光照射分布を制御することができる。これを利用して加工を行うことにより、加工位置及び加工形状の制御が可能となる。このとき、波長分布を制御して照射するので、レーザ１パルス内で加工位置及び加工形状を調整することが可能となる。また、複数のレーザパルスを連続して照射することも可能である。この時、レーザパルスと波長選択手段に同期して、光軸方向に光学系又は被加工物を移動することにより広い範囲で深さの調整を行うことも可能である。また、被加工物を同期して他の方向へ移動することも可能である。
この加工に用いるレーザ光は、単一波長領域においてブロードな分布を持つレーザ光に限らず、複数波長領域で発振するレーザ又は非線形効果による倍波を用いてもよい。
なお、ここで使用している「加工」とは、被加工物に力学的作用又は電磁波などを作用させることにより、所定部分に穴を開けること又は改質（変質）させることを意味する。 This processing apparatus condenses laser light, and the intensity of laser light irradiation increases in the vicinity thereof. The workpiece is processed by causing multiphoton absorption near the condensing point of the laser beam, but is transparent to the laser beam.
Here, by adjusting the intensity for each wavelength of the laser light from the light source or selecting the wavelength, the laser light irradiation distribution in the optical axis direction can be controlled. By performing processing using this, the processing position and the processing shape can be controlled. At this time, since the wavelength distribution is controlled for irradiation, the processing position and the processing shape can be adjusted within one pulse of the laser. It is also possible to irradiate a plurality of laser pulses continuously. At this time, the depth can be adjusted over a wide range by moving the optical system or the workpiece in the direction of the optical axis in synchronization with the laser pulse and the wavelength selection means. It is also possible to move the workpiece in another direction in synchronization.
The laser beam used for this processing is not limited to a laser beam having a broad distribution in a single wavelength region, but may be a laser that oscillates in a plurality of wavelength regions or a harmonic due to a nonlinear effect.
As used herein, “processing” means that a mechanical action or electromagnetic wave or the like is applied to a workpiece to make a hole in a predetermined portion or to be modified (modified).

〔実施態様１〕（請求項２に対応）
実施態様１は、上記解決手段１のレーザ加工装置において、伝播手段が、波長により焦点距離が異なる少なくとも一組以上のレンズ又は回折素子から成り、レーザ光の集光点近傍において加工を行うことである。
〔作 用〕
この実施態様１では、波長により空間的に異なる位置にレーザ光を伝播する手段として、単レンズ又は回折格子を用いている。該レンズ又は回折格子は、２つ以上の組レンズで構成されてもよい。回折素子としては、フレネルレンズやホログラム素子を用いることが可能であり、またこれらを組み合わせて利用することもできる。
これら光学素子によりレーザ光は集光され、波長によって光軸方向に異なる位置に少なくとも一部が集光される。
また、高ピークパワーのレーザ光を用いることにより、多光子吸収を容易に起こすことが可能であり、これにより波長ごとに異なる位置での加工が可能となる。 [Embodiment 1] (corresponding to claim 2)
In Embodiment 1, in the laser processing apparatus according to Solution 1, the propagation unit includes at least one or more pairs of lenses or diffraction elements having different focal lengths depending on the wavelength, and performs processing near the condensing point of the laser light. is there.
[Work]
In the first embodiment, a single lens or a diffraction grating is used as means for propagating the laser beam to a spatially different position depending on the wavelength. The lens or diffraction grating may be composed of two or more combination lenses. As the diffraction element, a Fresnel lens or a hologram element can be used, or a combination of these can be used.
Laser light is condensed by these optical elements, and at least a part of the laser light is condensed at a position different in the optical axis direction depending on the wavelength.
Further, by using a laser beam with a high peak power, multiphoton absorption can be easily caused, and this enables processing at different positions for each wavelength.

〔実施態様２〕（請求項３に対応）
実施態様２は、上記解決手段１のレーザ加工装置において、伝播手段が、波長により焦点距離が異なる少なくとも一組以上のマイクロレンズアレイ又は回折光学素子から成り、複数箇所にレーザ光を集光し、その近傍において加工を行うことである。
〔作 用〕
この実施態様２は、波長により空間的に異なる位置にレーザ光を伝播する手段として、マイクロレンズアレイ又は回折光学素子を用いる。該マイクロレンズアレイ又は回折光学素子は２組以上で構成されてもよく、該回折光学素子としては、アレイ状のフレネルレンズやビーム分割機能を有するホログラム素子を用いることができる。また、これらを組み合わせて利用することも可能である。
これらの光学素子によりレーザ光は複数点に集光され、波長によって光軸方向に異なる位置に少なくとも一部が集光される。
また、高ピークパワーのレーザ光を用いることで、多光子吸収を容易に起こすことが可能であり、これにより波長ごとに異なる位置での加工が可能となる。 [Embodiment 2] (corresponding to claim 3)
Embodiment 2 is the laser processing apparatus of Solution 1, wherein the propagation means is composed of at least one set of microlens arrays or diffractive optical elements having different focal lengths depending on the wavelength, and condenses the laser light at a plurality of locations. Processing is performed in the vicinity thereof.
[Work]
In the second embodiment, a microlens array or a diffractive optical element is used as means for propagating laser light to a spatially different position depending on the wavelength. The microlens array or the diffractive optical element may be composed of two or more sets. As the diffractive optical element, an arrayed Fresnel lens or a hologram element having a beam splitting function can be used. It is also possible to use a combination of these.
Laser light is condensed at a plurality of points by these optical elements, and at least part of the laser light is condensed at different positions in the optical axis direction depending on the wavelength.
Also, by using a laser beam with a high peak power, multiphoton absorption can be easily caused, and this enables processing at different positions for each wavelength.

〔実施態様３〕（請求項４に対応）
実施態様３は、上記解決手段１、実施態様１、又は実施態様２のレーザ加工装置において、レーザ光の走査手段を設けることである。
〔作 用〕
この実施態様３では、レーザ加工装置におけるレーザ光の伝播にレーザ光の走査手段を配置するものである。この走査手段は、例えばガルバノミラーやポリゴンミラー等を利用することが可能である。該走査手段は、レーザ光の発振又はレーザ光のシャッターと同期して制御されることが望ましい。また、被加工物を移動させる手段を用いて、この移動手段とも同期させて制御されることが望ましい。このとき、レーザ光の波長分布調整手段による波長分布と同期して制御し、波長分布を変化させて加工することもできる。該走査手段はレーザ光の１照射ごとに移動させる必要はなく、多数回のレーザ光照射後に走査することも可能である。 [Embodiment 3] (corresponding to claim 4)
Embodiment 3 is to provide laser beam scanning means in the laser processing apparatus of Solution 1, Embodiment 1 or Embodiment 2 described above.
[Work]
In the third embodiment, a laser beam scanning means is arranged for the propagation of the laser beam in the laser processing apparatus. For example, a galvanometer mirror or a polygon mirror can be used as the scanning means. The scanning means is preferably controlled in synchronization with laser light oscillation or laser light shutter. Further, it is desirable to use a means for moving the workpiece and control it in synchronization with this moving means. At this time, it is also possible to perform processing by changing the wavelength distribution by controlling in synchronization with the wavelength distribution by the wavelength distribution adjusting means of the laser beam. The scanning means does not need to be moved for each irradiation of laser light, and can be scanned after many times of laser light irradiation.

〔実施態様４〕（請求項５に対応）
実施態様４は、上記解決手段１、又は実施態様１〜実施態様３のいずれかのレーザ加工装置におい、波長分布調整手段が一つ以上の波長フィルタで構成されることである。
〔作 用〕
この実施態様４では、波長分布調整手段として一組以上の波長フィルタを用いている。この波長フィルタは、例えば色ガラスフィルタや多層膜を利用した干渉フィルタ等を用いることができる。薄膜を利用することで、赤外から深紫外、Ｘ線領域のレーザまで利用することが可能となる。
このとき、フィルタを数枚連続して利用することにより、様々な波長分布を形成することができ、またフィルタを複数枚、交換しながら連続して加工することも可能である。この場合、レーザ光はフィルタを通して直接光伝播手段に伝送され、光伝播手段の波長による焦点距離の違いにより複数箇所で加工がなされる。 [Embodiment 4] (corresponding to claim 5)
Embodiment 4 is that the wavelength distribution adjusting means is composed of one or more wavelength filters in the laser processing apparatus according to Solution 1 or Embodiments 1 to 3.
[Work]
In the fourth embodiment, one or more sets of wavelength filters are used as the wavelength distribution adjusting means. As this wavelength filter, for example, a color glass filter, an interference filter using a multilayer film, or the like can be used. By using a thin film, it is possible to use lasers in the infrared, deep ultraviolet, and X-ray regions.
At this time, various wavelength distributions can be formed by continuously using several filters, and a plurality of filters can be continuously processed while being exchanged. In this case, the laser light is transmitted directly to the light propagation means through the filter, and is processed at a plurality of locations due to the difference in focal length depending on the wavelength of the light propagation means.

〔実施態様５〕（請求項６に対応）
実施態様５は、上記解決手段１、実施態様１〜実施態様３のいずれかのレーザ加工装置において、波長分布調整手段が、少なくとも一組以上の波長分散素子と空間的波長選択手段により構成されることである。
〔作 用〕
実施態様５では、レーザ光の波長分布調整手段に一組以上の波長分散素子と空間的な波長選択手段が用いられている。この波長分散素子としては、例えばホログラム素子又はレンズ等の、波長により空間伝播位置を変化せしめる様々な素子を利用することができる。空間的な波長選択手段としては、空間的位置により光の透過を制限する金属板やスリット、ピンホール等様々な素子を利用することが可能である。 [Embodiment 5] (corresponding to claim 6)
Embodiment 5 is the laser processing apparatus according to any one of Solution 1 and Embodiments 1 to 3, wherein the wavelength distribution adjusting means is composed of at least one set of wavelength dispersion elements and spatial wavelength selecting means. That is.
[Work]
In the fifth embodiment, one or more sets of wavelength dispersion elements and spatial wavelength selection means are used for the laser light wavelength distribution adjustment means. As this wavelength dispersion element, various elements that change the spatial propagation position depending on the wavelength, such as a hologram element or a lens, can be used. As the spatial wavelength selection means, various elements such as a metal plate, a slit, and a pinhole that limit transmission of light depending on a spatial position can be used.

〔実施態様６〕（請求項７に対応）
実施態様６は、実施態様５のレーザ加工装置において、波長分散素子が回折格子であることである。
〔作 用〕
この実施態様６では、波長分散素子に回折格子を用いており、この回折格子は反射型、透過型のいずれを用いることもできる。この回折格子は、＋１次光の回折効率の高いものが望ましく、波長により空間的に分布が変化する配置とする。該回折格子を対にして用いることにより、波長選択後に波長による空間位置変化がなく、同軸の装置とすることができる。 [Embodiment 6] (corresponding to claim 7)
Embodiment 6 is that in the laser processing apparatus of Embodiment 5, the wavelength dispersion element is a diffraction grating.
[Work]
In Embodiment 6, a diffraction grating is used for the wavelength dispersion element, and either a reflection type or a transmission type can be used as the diffraction grating. This diffraction grating desirably has a high diffraction efficiency of + 1st order light, and is arranged so that the distribution varies spatially depending on the wavelength. By using the diffraction grating as a pair, there is no spatial position change due to the wavelength after wavelength selection, and a coaxial device can be obtained.

〔実施態様７〕（請求項８に対応）
実施態様７は、実施態様５のレーザ加工装置において、波長分散素子がプリズムであることである。
〔作 用〕
この実施態様７では、波長分散素子にプリズムを用いており、該プリズムの頂角を変えることにより、波長による屈折角を制御することができる。これにより、波長に依存して空間的に異なる位置にレーザ光を制御することができる。このとき、複数枚のプリズムを利用することもできる。波長により異なる位置にレーザ光を配置し、その後、空間的な波長選択手段により波長分布を制御し、この制御されたレーザ光を伝播する。このように波長分布が制御されたレーザ光を用いることにより、加工位置及び加工形状の制御を行うことができる。また、上記プリズムを無反射コーティングすることもできる。 [Embodiment 7] (corresponding to claim 8)
Embodiment 7 is that in the laser processing apparatus of Embodiment 5, the wavelength dispersion element is a prism.
[Work]
In Embodiment 7, a prism is used as the wavelength dispersion element, and the refraction angle depending on the wavelength can be controlled by changing the apex angle of the prism. Thereby, it is possible to control the laser beam at a spatially different position depending on the wavelength. At this time, a plurality of prisms can be used. Laser light is arranged at different positions depending on the wavelength, and then the wavelength distribution is controlled by a spatial wavelength selection means, and the controlled laser light is propagated. By using the laser light whose wavelength distribution is controlled in this way, the processing position and the processing shape can be controlled. The prism can also be anti-reflective coated.

〔実施態様８〕（請求項９に対応）
実施態様８は、実施態様５〜実施態様７のいずれかのレーザ加工装置において、空間的波長選択手段が光の透過率を制限するフォトマスクであることである。
〔作 用〕
実施態様８では、空間的波長選択手段にフォトマスクを用いており、このフォトマスクは、例えば透明基板上にＣｒを蒸着する等により形成可能であって、金属膜での反射を利用して空間的に光の透過領域を制御するものである。このとき、反射膜の膜厚を制御することにより、透過率を連続的に変化させるグレーマスクを利用することも可能である。 [Embodiment 8] (corresponding to claim 9)
Embodiment 8 is that, in the laser processing apparatus according to any one of Embodiments 5 to 7, the spatial wavelength selection means is a photomask that limits light transmittance.
[Work]
In Embodiment 8, a photomask is used as the spatial wavelength selection means, and this photomask can be formed by, for example, vapor-depositing Cr on a transparent substrate. It is intended to control the light transmission region. At this time, it is also possible to use a gray mask that continuously changes the transmittance by controlling the film thickness of the reflective film.

〔実施態様９〕（請求項１０に対応）
実施態様９は、上記実施態様８のレーザ加工装置において、フォトマスクを移動手段により移動させ、時間的に選択波長を変化させることである。
〔作 用〕
実施態様９では、フォトマスクの移動手段を設けている。これはフォトマスクを移動ステージ上に保持し、移動することにより達成可能である。このとき、移動手段はレーザ光照射タイミングと同期して移動することが望ましく、被加工物の移動手段と同期して移動することも可能である。また、複数のマスクパタンを用意しておき、その照射位置を移動手段によって制御することにより、様々なマスクパタンを利用することも可能である。 [Embodiment 9] (corresponding to claim 10)
Embodiment 9 is that the photomask is moved by the moving means in the laser processing apparatus of the above embodiment 8, and the selected wavelength is changed with time.
[Work]
In Embodiment 9, photomask moving means is provided. This can be achieved by holding and moving the photomask on the moving stage. At this time, it is desirable for the moving means to move in synchronization with the laser beam irradiation timing, and it is also possible to move in synchronization with the moving means of the workpiece. It is also possible to use various mask patterns by preparing a plurality of mask patterns and controlling the irradiation position by the moving means.

〔実施態様１０〕（請求項１１に対応）
実施態様１０は、上記実施態様５〜実施態様７のいずれかのレーザ加工装置において、空間的波長選択手段が空間強度変調器であることである。
〔作 用〕
この実施態様１０では、波長選択手段に空間強度変調器を用いており、この空間強度変調器（素子）は、時間的に反射又は透過量を変化させることが可能である。時間ごとに制御する場合は、レーザ光照射タイミングと同期させて制御されることが望ましく、被加工物の移動手段を利用する場合には、この移動手段と同期して制御されることが望ましい。 [Embodiment 10] (corresponding to claim 11)
Embodiment 10 is that in the laser processing apparatus according to any one of Embodiments 5 to 7, the spatial wavelength selection means is a spatial intensity modulator.
[Work]
In the tenth embodiment, a spatial intensity modulator is used as the wavelength selection means, and this spatial intensity modulator (element) can change the reflection or transmission amount with time. When controlling every time, it is desirable to control in synchronization with the laser beam irradiation timing, and when using the moving means of the workpiece, it is desirable to control in synchronization with this moving means.

〔実施態様１１〕（請求項１２に対応）
実施態様１１は、上記実施態様１０のレーザ加工装置において、空間強度変調器が、透過型液晶と偏光分離素子で構成されることである。
〔作 用〕
この実施態様１１では、波長選択手段として透過型液晶と偏光分離素子を設けることにより、偏光によるレーザ光強度の制御を行っている。この偏光分離素子には、偏光分離プリズムや回折格子などを利用することが可能である。
液晶素子は、時間的に透過光の偏光方向を変化させることが可能であり、外部制御素子により液晶パターンを変化できるように構成されている。この液晶素子の制御は、レーザ光の照射タイミングと同期させて制御されることが望ましい。また、被加工物の移動手段を利用する場合には、この移動手段と同期して制御されることが望ましい。 [Embodiment 11] (corresponding to claim 12)
Embodiment 11 is that, in the laser processing apparatus of Embodiment 10, the spatial intensity modulator is composed of a transmissive liquid crystal and a polarization separation element.
[Work]
In this Embodiment 11, the laser beam intensity is controlled by polarization by providing a transmissive liquid crystal and a polarization separation element as wavelength selection means. For this polarization separation element, a polarization separation prism, a diffraction grating, or the like can be used.
The liquid crystal element can change the polarization direction of the transmitted light with time, and is configured so that the liquid crystal pattern can be changed by an external control element. The liquid crystal element is desirably controlled in synchronization with the irradiation timing of the laser beam. Moreover, when using the moving means of a workpiece, it is desirable to control in synchronization with this moving means.

〔実施態様１２〕（請求項１３に対応）
実施態様１２は、上記実施態様１０のレーザ加工装置において、空間強度変調器が、複数の反射型素子で構成されることである。
〔作 用〕
この実施態様１２では、波長選択手段に複数の反射型素子を用いている。複数の反射型素子のパターンは外部制御素子により変化させ得るようにする。この複数の反射型素子としては、ＤＭＤ（ミラー型デバイス）を用いることができ、その制御はレーザ光の照射タイミングと同期させて制御されることが望ましい。また、被加工物の移動手段を利用する場合には、この移動手段と同期して制御されることが望ましい。 [Embodiment 12] (corresponding to claim 13)
Embodiment 12 is that, in the laser processing apparatus of Embodiment 10, the spatial intensity modulator is configured by a plurality of reflective elements.
[Work]
In the twelfth embodiment, a plurality of reflective elements are used as the wavelength selecting means. The pattern of the plurality of reflective elements can be changed by an external control element. As the plurality of reflective elements, DMD (mirror type device) can be used, and it is desirable that the control is controlled in synchronization with the irradiation timing of the laser beam. Moreover, when using the moving means of a workpiece, it is desirable to control in synchronization with this moving means.

〔実施態様１３〕（請求項１４に対応）
実施態様１３は、上記解決手段１、又は実施態様１〜実施態様１２のいずれかのレーザ加工装置において、少なくとも、レーザ光の強度、又は波長ごとのレーザ光強度を調整する手段を設けることである。
〔作 用〕
この実施態様１３では、レーザ光の強度を調整する手段を設けており、この強度調整手段としては、ＮＤフィルター、偏光分離素子、グレーマスク等を用いることができる。空間的波長分布を形成する場合は、少なくとも一部の波長におけるレーザ光強度を調整する手段を設けることも可能である。該強度調整手段は、レーザ発振又は被加工物の移動手段と同期させて制御することも可能である。 [Embodiment 13] (corresponding to claim 14)
Embodiment 13 is to provide at least means for adjusting the intensity of laser light or the intensity of laser light for each wavelength in the laser processing apparatus according to any one of Solution 1 or Embodiments 1 to 12. .
[Work]
In the thirteenth embodiment, means for adjusting the intensity of the laser beam is provided. As this intensity adjusting means, an ND filter, a polarization separation element, a gray mask, or the like can be used. In the case of forming a spatial wavelength distribution, it is possible to provide means for adjusting the laser light intensity at least at some wavelengths. The intensity adjusting means can be controlled in synchronization with laser oscillation or workpiece moving means.

〔実施態様１４〕（請求項１５に対応）
実施態様１４は、上記解決手段１、又は実施態様１〜実施態様１３のいずれかのレーザ加工装置において、レーザ光源が広帯域で発振するレーザであることである。
〔作 用〕
この実施態様１４では、光源に広帯域で発振するレーザを用いており、このレーザとしては、例えば白色レーザ、発振波長域の広い色素レーザ、又はTi:Sapphireレーザなどを用いることが可能である。 [Embodiment 14] (corresponding to claim 15)
A fourteenth embodiment is that the laser light source is a laser that oscillates in a wide band in the laser processing apparatus of any one of the solution 1 or the first to thirteenth embodiments.
[Work]
In this embodiment 14, a laser that oscillates in a wide band is used as the light source. As this laser, for example, a white laser, a dye laser having a wide oscillation wavelength range, or a Ti: Sapphire laser can be used.

〔実施態様１５〕（請求項１６に対応）
実施態様１５は、上記解決手段１、又は実施態様１〜実施態様１４のいずれかのレーザ加工装置において、レーザ光源が極短パルスレーザであることである。
〔作 用〕
この実施態様１５では、光源に極短パルスレーザを用いており、この極短パルスレーザとしては、フェムト秒、ピコ秒領域のパルス幅を有するTi:Sapphireレーザ、又はファイバーレーザ等を利用することが可能である。特に、極短フェムト秒レーザでは、短パルス化のために原理的に発振パルス幅を広くする必要があり、数１０ｎｍ以上の広帯域で発振するレーザが開発されている。 [Embodiment 15] (corresponding to claim 16)
A fifteenth embodiment is that the laser light source is an ultrashort pulse laser in the laser processing apparatus according to the solution 1 or any one of the first to fourteenth embodiments.
[Work]
In this embodiment 15, an ultrashort pulse laser is used as the light source, and as this ultrashort pulse laser, a Ti: Sapphire laser having a pulse width in the femtosecond or picosecond region, a fiber laser, or the like can be used. Is possible. In particular, in an ultrashort femtosecond laser, it is necessary in principle to widen the oscillation pulse width in order to shorten the pulse, and a laser that oscillates in a wide band of several tens of nanometers or more has been developed.

〔実施態様１６〕（請求項１７に対応）
実施態様１６は、上記解決手段１、又は実施態様１〜実施態様１５のいずれかのレーザ加工装置において、レーザ光の波長変換手段を有し、該波長変換手段により波長帯域を広くした光源を利用することである。
〔作 用〕
この実施態様１６では、波長変換手段により、入射レーザ光の波長変換した光源を用いる。この波長変換手段としては、例えば極短パルスレーザ光をガス導入した中空ファイバーに通過させ、波長を広帯域化した光源や、フォトニック結晶を利用して入射レーザ光の波長を広帯域化したものなどを利用することが可能である。 [Embodiment 16] (Corresponding to Claim 17)
Embodiment 16 uses the light source having the wavelength conversion means of the laser beam in the laser processing apparatus of any one of Solution 1 or Embodiments 1 to 15 and having a wavelength band widened by the wavelength conversion means. It is to be.
[Work]
In the sixteenth embodiment, a light source obtained by converting the wavelength of incident laser light by a wavelength converting means is used. As this wavelength conversion means, for example, a light source having a wavelength broadened by passing an ultrashort pulse laser beam through a gas-introduced hollow fiber, or a device having a broadened wavelength of incident laser light using a photonic crystal, etc. It is possible to use.

〔実施態様１７〕（請求項１８に対応）
実施態様１７は、上記解決手段１、又は実施態様１〜実施態様１６のいずれかのレーザ加工装置において、レーザ光の伝播手段に波長分散の大きい屈折材料を用い、レーザ光の屈折を利用して被加工物の加工位置及び加工形状を制御することである。
〔作 用〕
この実施態様１７では、レーザ光の伝播手段に分散の大きい屈折材料を用いる。この屈折材料としては、レンズやプリズム等を用いることが可能であり、これらを二つ以上同時に利用することもできる。この屈折材料は入射波長域に対して、分散の大きいものが望ましく、一部に分散のない素子と組み合わせて利用することも可能である。
このような屈折材料を用いることにより、波長よって屈折率が異なるので、例えば焦点位置を波長により変化させることが可能であり、これにより加工位置及び加工形状を制御することができる。 [Embodiment 17] (corresponding to claim 18)
Embodiment 17 is a laser processing apparatus according to any one of Solution 1 or Embodiments 1 to 16, wherein a refractive material having a large wavelength dispersion is used as the laser light propagation means, and the refraction of the laser light is utilized. Controlling the processing position and processing shape of the workpiece.
[Work]
In the seventeenth embodiment, a refractive material having a large dispersion is used for the laser beam propagation means. As the refractive material, a lens, a prism, or the like can be used, and two or more of them can be used simultaneously. This refractive material desirably has a large dispersion with respect to the incident wavelength region, and can be used in combination with an element that does not partially disperse.
By using such a refractive material, the refractive index varies depending on the wavelength, so that the focal position can be changed depending on the wavelength, for example, and the processing position and the processing shape can be controlled.

〔実施態様１８〕（請求項１９に対応）
実施態様１８は、上記解決手段１、又は実施態様１〜実施態様１６のいずれかのレーザ加工装置において、レーザ光の伝播手段として、屈折した伝播レーザ光の光路長の長い光学素子を用いたことである。
〔作 用〕
この実施態様１８では、レーザ光の伝播に分散を利用して空間的な伝播位置を制御する素子を配置し、その伝播距離を長くしている。これは、例えばレンズを厚くするなどにより実現することができる。材料は入射波長域に対して、分散の大きいものが望ましく、一部に分散のない素子と組み合わせて利用することも可能である。このとき、空間的に一部に素子を導入して、その加工位置を制御することも可能である。これは、例えばレーザの集光側の位置の少なくとも一部に平行透明基板を配置するなどして、実現することが可能である。 [Embodiment 18] (Corresponding to Claim 19)
Embodiment 18 uses an optical element having a long optical path length of the refracted propagation laser light as the laser light propagation means in the laser processing apparatus of any one of Solution 1 or Embodiments 1 to 16. It is.
[Work]
In the eighteenth embodiment, an element for controlling the spatial propagation position using dispersion for the propagation of laser light is arranged, and the propagation distance is increased. This can be realized, for example, by increasing the thickness of the lens. It is desirable that the material has a large dispersion with respect to the incident wavelength region, and it is also possible to use it in combination with an element that does not partially disperse. At this time, it is also possible to introduce elements partially in the space and control the processing position. This can be realized, for example, by arranging a parallel transparent substrate in at least a part of the laser condensing side position.

〔実施態様１９〕（請求項２０に対応）
実施態様１９は、上記解決手段１、又は実施態様１〜実施態様１６のいずれかのレーザ加工装置において、レーザ光の伝播手段に回折光学素子を利用し、該回折光学素子の波長による焦点位置変化を利用することである。
〔作 用〕
この実施態様１９では、レーザの伝播手段に回折光学素子を利用しており、この回折光学素子は基板上に透明パターンを形成したホログラム素子を利用することができる。この回折光学素子は、所望の波長域において所望の伝播位置へのレーザ光の導入を行うよう設計される。
一般に、回折光学素子は波長により伝播光路が変化するが、これを利用して波長分布を制御することにより、加工位置及び加工形状を制御することが可能である。また、回折光学素子ではレーザ光を複数のビームに分岐することも可能である。 [Embodiment 19] (corresponding to claim 20)
Embodiment 19 is a laser processing apparatus according to any one of Solution 1 or Embodiments 1 to 16, wherein a diffractive optical element is used as a laser beam propagation means, and the focal position changes depending on the wavelength of the diffractive optical element. Is to use.
[Work]
In the nineteenth embodiment, a diffractive optical element is used as laser propagation means, and a holographic element in which a transparent pattern is formed on a substrate can be used as the diffractive optical element. This diffractive optical element is designed to introduce laser light to a desired propagation position in a desired wavelength region.
In general, the propagation optical path of the diffractive optical element changes depending on the wavelength. By using this to control the wavelength distribution, the processing position and the processing shape can be controlled. In the diffractive optical element, the laser beam can be branched into a plurality of beams.

〔実施態様２０〕（請求項２１に対応）
実施態様２０は、レーザ光を被加工物に照射して加工を行うレーザ加工装置を前提として、次の(ホ)〜(ヌ)によるものである。
(ホ) レーザ光を照射するレーザ光源と、
(ヘ) 該レーザ光の波長分布を制御する波長分布調整手段と、
(ト) 波長に依存して空間的に異なる位置にレーザ光を伝播させる伝播手段と、
(チ) 被加工物を移動する移動手段と、
(リ) 上記レーザ光源と波長分布調整手段と移動手段を制御する制御手段とから構成され、
(ヌ) 上記制御手段により、レーザ光の照射、波長分布の制御、及び被加工物の移動のタイミングを制御して、該レーザ光に対して透過性の高い被加工物の内部の複数箇所を離散的にかつ同時に加工すること。
〔作 用〕
この実施態様２０の作用は、大部分において前記解決手段１の作用と共通する。この実施態様２０では、被加工物はステージ等の移動手段に固定され移動可能であり、ＰＣ等の制御手段により、レーザ光の照射、波長分布の制御、及び移動手段の移動を同期させて制御することによって、加工位置や加工形状を高精度に制御することができる。 [Embodiment 20] (corresponding to claim 21)
Embodiment 20 is based on the following (e) to (n) on the premise of a laser processing apparatus that performs processing by irradiating a workpiece with laser light.
(E) a laser light source for irradiating laser light;
(F) wavelength distribution adjusting means for controlling the wavelength distribution of the laser beam;
(G) Propagation means for propagating laser light to spatially different positions depending on the wavelength,
(H) moving means for moving the workpiece;
(I) The laser light source, the wavelength distribution adjusting means, and a control means for controlling the moving means,
(N) The above control means controls the timing of laser light irradiation, wavelength distribution control, and workpiece movement, so that a plurality of locations inside the workpiece that are highly transmissive to the laser light can be obtained. Machining discretely and simultaneously.
[Work]
The operation of the embodiment 20 is in common with the operation of the solving means 1 in most cases. In this embodiment 20, the workpiece is fixed and movable on a moving means such as a stage, and controlled by a control means such as a PC in synchronization with laser light irradiation, wavelength distribution control, and movement of the moving means. By doing so, the machining position and the machining shape can be controlled with high accuracy.

〔解決手段２〕（請求項２２に対応）
上記課題を解決するために講じた解決手段２は、レーザ光を被加工物に照射して加工を行うレーザ加工方法であって、
被加工物に照射するレーザ光の波長分布を制御し、波長に依存して空間的に異なる位置に該レーザ光を伝播させ、該レーザ光に対して透過性の高い被加工物の内部の複数箇所を離散的にかつ同時に加工することである。
〔作 用〕
この解決手段２の作用は、前記解決手段１の作用と共通するものである。 [Solution 2] (Corresponding to Claim 22)
Solution 2 taken to solve the above problem is a laser processing method for performing processing by irradiating a workpiece with laser light,
Controls the wavelength distribution of the laser beam applied to the workpiece, propagates the laser beam to spatially different positions depending on the wavelength, and sets a plurality of laser beams inside the workpiece that are highly transmissive to the laser beam. It is to process the parts discretely and simultaneously.
[Work]
The action of the solving means 2 is the same as the action of the solving means 1.

〔実施態様２１〕（請求項２３に対応）
実施態様２３は、レーザ光を被加工物に照射して加工を行うレーザ加工方法であって、
被加工物に照射するレーザ光の波長分布を制御し、波長に依存して空間的に異なる位置に該レーザ光を伝播させ、上記被加工物を移動又は上記被加工物に照射するレーザ光を走査させ、
レーザ光の照射、波長分布の制御、及び被加工物の移動又はレーザ光走査のタイミングを制御して、該レーザ光に対して透過性の高い被加工物の内部の複数箇所を離散的にかつ同時に加工することである。
〔作 用〕
この実施態様２１の作用は、前記実施態様２０の作用と共通するものである。 [Embodiment 21] (corresponding to claim 23)
Embodiment 23 is a laser processing method for performing processing by irradiating a workpiece with laser light,
Controls the wavelength distribution of the laser beam irradiated to the workpiece, propagates the laser beam to spatially different positions depending on the wavelength, and moves the workpiece or irradiates the workpiece with the laser beam. Scan
By controlling the timing of laser beam irradiation, wavelength distribution control, workpiece movement or laser beam scanning, a plurality of locations inside the workpiece that are highly transmissive to the laser beam are discretely and It is to process at the same time.
[Work]
The operation of the embodiment 21 is common to the operation of the embodiment 20.

本発明の効果を主な請求項毎に整理すると、次ぎのとおりである。
(１) 請求項１及び請求項２１〜請求項２３に係る発明
(ａ) 波長の強度分布を制御することにより精密な加工位置及び加工形状の制御が可能となり、またレーザ光１パルスごとに加工位置及び加工形状の制御が可能である。
(ｂ) 色収差や波長分散を利用することにより、単レンズなどの安価な光学系を利用することができる。
(ｃ) 広帯域のレーザやフェムト秒レーザでも精密な制御が可能である。
(ｄ) 複数回照射しても加工領域の変化を制限することができる。
(ｅ) 透明体内部に加工点を設計することができるので、微細穴でかつ位置制御が可能である。
(ｆ) 回折限界以下の微細加工、高精度の位置決め、又は高精度の穴径制御が可能である。
(ｇ) 透明体において、その表面からの改質（変質）領域の位置制御が、光学系又は被加工物を移動することなく実現することができる。
(ｈ) 透明体内部の任意の位置に、任意個数の形状、又は３次元的に任意の形状を加工することができる。
(ｉ) レーザ光の波長分布の制御と、被加工物又は光学系の移動を行うことにより、被加工物表面からの位置制御範囲を拡大することができる。
(ｊ) 加工位置をステージ移動等により走査することにより、表面からの位置の異なった領域を点又は連続形状に加工することができる。
(ｋ) 多光子吸収を用いることにより微細な加工が可能となる。 The effects of the present invention are summarized for each main claim as follows.
(1) Inventions according to claims 1 and 21 to 23
(a) By controlling the intensity distribution of the wavelength, it is possible to precisely control the processing position and processing shape, and it is possible to control the processing position and processing shape for each pulse of the laser beam.
(b) By using chromatic aberration and wavelength dispersion, an inexpensive optical system such as a single lens can be used.
(c) Precise control is possible even with a broadband laser or femtosecond laser.
(d) It is possible to limit the change of the processing area even when irradiated multiple times.
(e) Since the processing point can be designed inside the transparent body, the position can be controlled with fine holes.
(f) Fine processing below the diffraction limit, high-precision positioning, or high-precision hole diameter control is possible.
(g) In the transparent body, the position control of the modified (deformed) region from the surface can be realized without moving the optical system or the workpiece.
(h) Any number of shapes or any three-dimensional shape can be processed at any position inside the transparent body.
(i) The position control range from the surface of the workpiece can be expanded by controlling the wavelength distribution of the laser beam and moving the workpiece or the optical system.
(j) By scanning the processing position by moving the stage or the like, regions having different positions from the surface can be processed into points or continuous shapes.
(k) Fine processing is possible by using multiphoton absorption.

(２) 請求項２に係る発明
伝播手段がレンズ又は回折素子から成ることにより、単純で安価な加工装置とすることができる。また、レンズや回折素子の材料を選択することにより、広い波長幅において利用することができる。
レンズ系では、ＢＫ７、溶融石英等の様々な材料を利用することができる。また、回折素子では、設計の自由度が高く、所望の位置への集光が可能となる。
(３) 請求項３に係る発明
伝播手段がマイクロレンズアレイ又は回折光学素子から成ることにより、被加工物に入射するレーザ光の進行方向に対して垂直である該被加工物の平面において、複数の箇所への同時加工ができ、高速のパタン形成が可能となる。また、周期的な形状を連続的に形成することが容易となる。 (2) Invention of Claim 2 Since the propagation means is composed of a lens or a diffraction element, a simple and inexpensive processing apparatus can be obtained. Moreover, it can utilize in a wide wavelength range by selecting the material of a lens or a diffraction element.
In the lens system, various materials such as BK7 and fused silica can be used. In addition, the diffractive element has a high degree of freedom in design and can be focused at a desired position.
(3) The invention according to claim 3 When the propagation means is formed of a microlens array or a diffractive optical element, a plurality of pieces are provided on the plane of the workpiece perpendicular to the traveling direction of the laser light incident on the workpiece. These parts can be processed simultaneously, and high-speed pattern formation becomes possible. Moreover, it becomes easy to form a periodic shape continuously.

(４) 請求項４に係る発明
走査手段を設けたことにより、複数点の加工を高速に行うことが可能であり、大面積の処理（加工）を容易に行うことができる。２次元的な移動により任意の位置の加工が可能であり、ステージと同期することにより更に大面積の加工が可能となる。
(５) 請求項５に係る発明
波長フィルタを用いることにより、シンプルで安価な加工装置となり、所望の加工位置の制御が可能である。また、該フィルタを組み合わせることにより、様々な波長を選択することができる。さらに、フィルタを交換しながら利用することにより、様々な加工位置及び加工形状の制御が可能となる。 (4) Invention of Claim 4 By providing the scanning means, it is possible to process a plurality of points at high speed, and it is possible to easily perform a large area process (processing). Processing at an arbitrary position is possible by two-dimensional movement, and processing of a larger area is possible by synchronizing with the stage.
(5) Invention of Claim 5 By using a wavelength filter, it becomes a simple and inexpensive processing apparatus, and a desired processing position can be controlled. In addition, various wavelengths can be selected by combining the filters. Furthermore, by using the filter while exchanging it, various machining positions and machining shapes can be controlled.

(６) 請求項６に係る発明
波長分布を空間的な位置制御によって行うことにより、波長分布制御が容易になる。
波長分布を位置に変換することにより、高精度な波長分布制御が可能となる。また、波長分布調整手段が安価になり、高速な制御が可能となるばかりでなく、複雑な波長分布形成も容易となる。
(７) 請求項７に係る発明
波長分布素子が回折格子であることにより、高効率で波長分布を空間強度分布に変換することができるので、波長の選択が容易となり、高精度な波長分布制御が可能となる。回折格子を対にして用いることにより、波長選択後に波長による空間位置変化がなく、同軸の配置とすることができる。特に、反射型では、広い入射波長域において利用することが可能である。 (6) Invention of Claim 6 Wavelength distribution control becomes easy by performing wavelength distribution by spatial position control.
By converting the wavelength distribution into a position, it becomes possible to control the wavelength distribution with high accuracy. In addition, the wavelength distribution adjusting means becomes inexpensive, and not only high-speed control is possible, but also a complicated wavelength distribution can be easily formed.
(7) The invention according to claim 7 Since the wavelength distribution element is a diffraction grating, the wavelength distribution can be converted into a spatial intensity distribution with high efficiency, so that the wavelength can be easily selected and the wavelength distribution control with high accuracy. Is possible. By using a pair of diffraction gratings, there is no change in spatial position due to wavelength after wavelength selection, and a coaxial arrangement can be achieved. In particular, the reflection type can be used in a wide incident wavelength range.

(８) 請求項８に係る発明
プリズムの頂角を制御することにより、波長による空間分布を有する平行光を利用することができる。また、反射ミラーを用いた光学配置が可能となるので、波長選択が容易となり、高精度の波長分布制御が可能となる。そして、プリズムは入手しやすく低コストの素子であり、調整も容易である。
(９) 請求項９に係る発明
フォトマスクは製造が容易であり、高精度な空間位置制御（波長分布制御）が可能であり、幅広い波長域において利用することができる。回折格子やプリズムによる空間波長分散を用いる場合には、スリット状のマスクでよく、長いスリットを設けることにより、波長分散方向（一方向）への調整のみで制御が可能である。また、グレーレベルマスクを用いることにより、精密な波長制御や強度の制御も同時に行うことができる。 (8) Invention of Claim 8 By controlling the apex angle of the prism, parallel light having a spatial distribution according to wavelength can be used. In addition, since optical arrangement using a reflecting mirror is possible, wavelength selection is facilitated, and highly accurate wavelength distribution control is possible. The prism is a low-cost element that is easily available and can be easily adjusted.
(9) The invention according to claim 9 The photomask is easy to manufacture, enables highly accurate spatial position control (wavelength distribution control), and can be used in a wide wavelength range. When spatial chromatic dispersion using a diffraction grating or a prism is used, a slit-shaped mask may be used, and by providing a long slit, control is possible only by adjustment in the chromatic dispersion direction (one direction). Further, by using a gray level mask, precise wavelength control and intensity control can be simultaneously performed.

(１０) 請求項１０に係る発明
レーザ光の照射タイミングに合わせてマスクパタンを移動させることにより、時間的に波長分布を変化させながら加工を行うことができる。これにより、加工位置及び加工形状を時間ごとに制御することが可能となる。また、被加工物の移動と同期して制御することにより、さらに大面積の加工が可能となる。さらに、透過スリットの位置を連続的に移動することにより、加工位置を連続的に制御することができ、高精度の深さ制御が可能となる。
(１１) 請求項１１に係る発明
空間的波長選択手段が空間強度変調器であることにより、伝播光の強度分布を様々な形状に変化させることが容易にできる。また、時間ごとに強度変化をさせることが可能であって、制御性も高い。単一の素子により様々な透過形状に制御することが可能であり、入手することが容易であり、その制御も容易である。 (10) Invention of Claim 10 By moving a mask pattern according to the irradiation timing of a laser beam, it can process while changing wavelength distribution temporally. Thereby, it becomes possible to control a processing position and a processing shape for every time. Further, by controlling in synchronization with the movement of the workpiece, machining of a larger area becomes possible. Furthermore, by continuously moving the position of the transmission slit, the machining position can be controlled continuously, and highly accurate depth control becomes possible.
(11) Invention of Claim 11 Since the spatial wavelength selection means is a spatial intensity modulator, it is possible to easily change the intensity distribution of propagating light into various shapes. Further, the intensity can be changed every time, and the controllability is high. It is possible to control to various transmissive shapes by a single element, and it is easy to obtain and control.

(１２) 請求項１２に係る発明
空間的強度変調器が透過型液晶と偏光分離素子で構成されることにより、伝播光の強度分布を様々な形状に変化させることが容易にできる。また、グレーレベルの強度調整を行うことができ、さらに単一の素子で様々な透過形状に制御することが可能である。これらの素子は入手することが容易であり、その制御も容易である。
(１３) 請求項１３に係る発明
単一の素子により強度分布を様々な形状に制御することができ、時間ごとに強度変化をさせることが可能であって制御性も高い。また、透過型に比べて光の利用効率が高い。そして、これらの素子は入手が容易であり制御も容易である。 (12) The invention according to claim 12 When the spatial intensity modulator is composed of the transmissive liquid crystal and the polarization separation element, the intensity distribution of the propagating light can be easily changed into various shapes. In addition, gray level intensity adjustment can be performed, and it is possible to control various transmission shapes with a single element. These elements are easy to obtain and control is also easy.
(13) Invention of Claim 13 The intensity distribution can be controlled in various shapes by a single element, the intensity can be changed every time, and the controllability is also high. In addition, the light utilization efficiency is higher than that of the transmission type. These elements are easily available and easy to control.

(１４) 請求項１４に係る発明
レーザ光の強度を調整することにより、加工位置での強度分布を精密に制御することが可能となり、これにより加工位置及び加工形状を精密に制御することができる。また、波長による強度を調整することにより、波長ごとの照射強度を調整することが可能となり、さらに加工位置及び加工形状の精密な制御が可能となる。
(１５) 請求項１５に係る発明
レーザ光源の発振波長が広帯域であることにより、波長分散を利用した光伝播手段による加工位置の制御幅を広くすることができる。また、波長分散を利用した光伝播手段の選択幅を広げることができる。そして、容易に入手可能な波長分散素子を利用することが可能となる。 (14) The invention according to claim 14 By adjusting the intensity of the laser beam, it is possible to precisely control the intensity distribution at the machining position, and thereby the machining position and the machining shape can be precisely controlled. . In addition, by adjusting the intensity depending on the wavelength, it is possible to adjust the irradiation intensity for each wavelength, and it is possible to precisely control the processing position and the processing shape.
(15) The invention according to claim 15 Since the oscillation wavelength of the laser light source is wide, the control range of the processing position by the light propagation means using wavelength dispersion can be widened. Moreover, the selection range of the light propagation means using wavelength dispersion can be expanded. And it becomes possible to utilize the wavelength dispersion element which can be obtained easily.

(１６) 請求項１６に係る発明
フェムトレーザでは原理的に広帯域となり、特に改良することなく広帯域のレーザとして利用することができる。短パルス光源を利用することにより、熱伝播を抑制した高精度の加工が可能となり、熱伝播によるエネルギーロスが少なく、低エネルギー加工が可能となる。また、高ピークパワーのために、透明体の多光子吸収を起こすことが容易となり、低エネルギーで透明体の除去や改質加工が可能となる。
(１７) 請求項１７に係る発明
入射レーザ光を波長変換手段で広帯域化することにより、波長分散の効果を高めることができる。また、波長分布の制御性を高めることができるので、加工位置精度や制御性を高めることが可能であり、さらに加工位置及び加工形状の範囲を広げることができる。 (16) The invention according to claim 16 The femto laser has a broad band in principle, and can be used as a wide band laser without any particular improvement. By using a short pulse light source, high-accuracy machining with suppressed heat propagation is possible, energy loss due to heat propagation is small, and low-energy machining is possible. Further, because of the high peak power, it becomes easy to cause multiphoton absorption of the transparent body, and the transparent body can be removed or modified with low energy.
(17) The invention according to claim 17 The effect of chromatic dispersion can be enhanced by broadening the bandwidth of the incident laser light by the wavelength converting means. In addition, since the controllability of the wavelength distribution can be improved, the processing position accuracy and controllability can be improved, and the range of processing positions and processing shapes can be further expanded.

(１８) 請求項１８に係る発明
伝播手段に波長分散の大きい屈折材料を用いることにより、加工位置及び加工形状の制御範囲を大きくすることができる。また、複数の素子を利用することにより、さらに深さ制御範囲を広げることができる。
通常レーザ加工において用いられるアクロマティックレンズや対物レンズ等の高価な素子を利用する必要がなく、単レンズのみのシンプルな構成とすることができる。このような安価な素子を利用することが可能であり、加工装置の製作コストを低減することができる。
(１９) 請求項１９に係る発明
伝播距離を大きくすることにより、加工位置の調整を行うことが可能となり、その調整範囲を大きくすることができる。空間的に一部のみ加工位置を調整することが可能である。また、ガラス基板など安価な材料を用いることもできる。 (18) The invention according to claim 18 By using a refractive material having a large wavelength dispersion for the propagation means, the control range of the processing position and the processing shape can be increased. Moreover, the depth control range can be further expanded by using a plurality of elements.
It is not necessary to use expensive elements such as an achromatic lens and an objective lens that are usually used in laser processing, and a simple configuration with only a single lens can be achieved. Such an inexpensive element can be used, and the manufacturing cost of the processing apparatus can be reduced.
(19) The invention according to claim 19 By increasing the propagation distance, the machining position can be adjusted, and the adjustment range can be increased. It is possible to adjust the machining position only partially in space. In addition, an inexpensive material such as a glass substrate can be used.

(２０) 請求項２０に係る発明
伝播手段に回折光学素子を利用することにより、この回折光学素子の設計によって任意の加工位置への光の伝播が可能となり、深さの精密な制御ができるので、高精度な加工位置及び加工形状の制御が可能である。また、複数に分岐することで、同時に多点で被加工物の表面からの位置を制御して加工することが可能である。これは同時に複数ビームによる表面からの深さ位置の制御に利用することも可能である。
(２１) 請求項２４に係る発明
深さ方向加工位置の精密な制御がなされた穴形状を有する構造体（素子）であり、回折素子、ＭＥＭＳ素子、又はマイクロ流路等の機能を果たすものである。また、これら素子の複製用原版としても用いることができる。 (20) The invention according to claim 20 By using a diffractive optical element as a propagation means, the design of this diffractive optical element enables light to propagate to an arbitrary processing position, and the depth can be precisely controlled. High-accuracy machining position and machining shape can be controlled. Further, by branching into a plurality of parts, it is possible to perform processing while simultaneously controlling the position from the surface of the workpiece at multiple points. This can also be used to control the depth position from the surface by a plurality of beams at the same time.
(21) The invention according to claim 24 is a structure (element) having a hole shape in which the processing position in the depth direction is precisely controlled, and fulfills the function of a diffraction element, a MEMS element, a microchannel, or the like. is there. It can also be used as a replica master for these elements.

(２２) 請求項２５に係る発明
深さ方向の位置が精密に制御された屈折率変調部を有しており、屈折率変調型回折素子、光導波路、ホログラム素子、又は多層型の記録媒体としての機能を果たすことが可能である。
(２３) 請求項２６に係る発明
レーザ光に対する屈折率変化の容易な材料を用いることができるので、低エネルギー、高速加工が可能である。照射位置がずれた場合でも加工位置の変化を抑えることができるので、高精度な加工位置制御が可能である。また、加工位置制御が容易であり、変質層のみの空間選択的な加工が可能であり、加工幅を変質層の厚みで制御することが可能である。
記録媒体として利用することが可能であり、エラーの少ない記録媒体を実現できる。 (22) The invention according to claim 25 It has a refractive index modulation part whose position in the depth direction is precisely controlled, and is used as a refractive index modulation type diffraction element, an optical waveguide, a hologram element, or a multilayer type recording medium. It is possible to fulfill the functions of
(23) Invention of Claim 26 Since a material that can easily change the refractive index with respect to laser light can be used, low energy and high speed processing is possible. Even when the irradiation position is deviated, the change in the machining position can be suppressed, so that the machining position control with high accuracy is possible. In addition, the processing position can be easily controlled, spatially selective processing of only the deteriorated layer is possible, and the processing width can be controlled by the thickness of the deteriorated layer.
It can be used as a recording medium, and a recording medium with few errors can be realized.

光学系又は被加工物を移動させるなどの高精度な操作をすることなく、被加工物の表面から深さ方向に複数箇所同時に加工するという目的を、波長分布調整手段と波長により異なる箇所に集光させる伝播手段を用いるという単純な構成により低コストで実現した。   The objective of simultaneously processing multiple locations in the depth direction from the surface of the workpiece without moving the optical system or workpiece is concentrated at different locations depending on the wavelength distribution adjusting means and wavelength. It was realized at a low cost by a simple configuration using a light propagation means.

本発明の実施例１（請求項１,２２に対応）について、図１を参照しながら説明する。図１はレーザ加工装置の一例を示すものである。
Ti:Sahhireレーザ等の比較的波長分布の広いレーザ１０からのレーザ光１１は、波長分布調整手段（波長選択手段）１２により波長分布を調整する。図では回折格子等で波長分散され空間的に波長分布を生じさせ、その透過光を空間的に選択することにより波長分布を図中のグラフのように制御する。その後、例えばレンズ等の光学素子１３により集光される。レンズ等の光学素子材料には波長による分散があるため、波長による焦点距離が異なり、波長ごとに集光点が異なる。このときの加工位置でのレーザ光１５の振る舞いを図１(ｂ)に示す。この図に示されているように、例えば５つの波長であれば集光点がそれぞれ異なる。ここで、それぞれの波長での照射強度を独自に調整することにより、照射位置での全光照射分布を制御することが可能となる。一般に、レーザ加工では照射強度の足し合わせが加工分布に影響を与えるため、特に波長分布をコントロールすることにより、光軸方向における集光位置及び照射強度を制御し、その結果、加工位置でのレーザ照射強度分布を制御することが可能となる。これにより、被加工物１４に対する加工位置及び加工形状の制御が可能となる。
また、このとき時間的にある波長成分のみを遅延して照射することも可能であり、このようにすることにより、例えば被加工物の上面側から順次加工を進めるというような、波長分布を利用した加工も可能となる。 Example 1 (corresponding to claims 1 and 22) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an example of a laser processing apparatus.
The wavelength distribution of the laser light 11 from the laser 10 having a relatively wide wavelength distribution such as a Ti: Sahhire laser is adjusted by the wavelength distribution adjusting means (wavelength selecting means) 12. In the drawing, the wavelength distribution is spatially dispersed by a diffraction grating or the like to generate a spatial wavelength distribution, and the transmitted light is spatially selected to control the wavelength distribution as shown in the graph in the figure. Thereafter, the light is condensed by an optical element 13 such as a lens. Since optical element materials such as lenses have dispersion depending on the wavelength, the focal length depends on the wavelength, and the condensing point differs for each wavelength. The behavior of the laser beam 15 at the processing position at this time is shown in FIG. As shown in this figure, for example, if there are five wavelengths, the condensing points are different. Here, it is possible to control the total light irradiation distribution at the irradiation position by independently adjusting the irradiation intensity at each wavelength. Generally, in laser processing, the sum of the irradiation intensities affects the processing distribution. In particular, by controlling the wavelength distribution, the condensing position and irradiation intensity in the optical axis direction are controlled. As a result, the laser at the processing position is controlled. It is possible to control the irradiation intensity distribution. Thereby, control of the processing position and the processing shape with respect to the workpiece 14 becomes possible.
In addition, at this time, it is also possible to irradiate only a certain wavelength component in terms of time, and in this way, for example, a wavelength distribution is used in which processing is sequentially performed from the upper surface side of the workpiece. Can also be processed.

本発明の実施例２（請求項２に対応）について、図２を参照しながら説明する。図２はレーザ加工装置における光を伝播させる手段の一例を示すものである。
この実施例２は、レーザ加工装置において、光を伝播させる手段としてレンズを用いたものである。波長分布が制御されたレーザ光２１は波長分散を有するレンズ２２により集光される。このとき、例えばある波長のレーザ光は破線の位置２３に、また別の波長のレーザ光は実線の位置２４にそれぞれ集光される。これによって、加工位置と加工形状を制御することが可能となる。この時、一般の高精度加工で用いられる色消しレンズ等の複雑な光学系を用いることなく、単一のレンズを用いても制御することが可能である。 A second embodiment (corresponding to claim 2) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an example of means for propagating light in the laser processing apparatus.
The second embodiment uses a lens as a means for propagating light in a laser processing apparatus. The laser light 21 whose wavelength distribution is controlled is condensed by a lens 22 having wavelength dispersion. At this time, for example, a laser beam with a certain wavelength is condensed at a broken line position 23 and a laser beam with another wavelength is condensed at a solid line position 24, respectively. This makes it possible to control the machining position and machining shape. At this time, it is possible to control even by using a single lens without using a complicated optical system such as an achromatic lens used in general high-precision processing.

本発明の実施例３（請求項３に対応）について、図３を参照しながら説明する。図３はレーザ加工装置における光を伝播させる手段の一例を示すものである。
この実施例２は、レーザ加工装置において、光を伝播させる手段としてマイクロレンズアレイを用いたものであり、波長分布が制御されたレーザ光３１は、波長分散を有するマイクロレンズアレイ３２により集光される。このとき、例えばある波長のレーザ光は破線の位置３３に、また別の波長のレーザ光は実線の位置３４に集光される。これによって、前記実施例１と同じ原理により加工位置と加工形状を制御することが可能となる。このとき、一般の高精度加工で用いられる色消しレンズ等の複雑な光学系を用いることなく、単一のレンズアレイを用いて制御することが可能である。 A third embodiment (corresponding to claim 3) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an example of means for propagating light in the laser processing apparatus.
The second embodiment uses a microlens array as means for propagating light in a laser processing apparatus, and the laser light 31 whose wavelength distribution is controlled is condensed by a microlens array 32 having wavelength dispersion. The At this time, for example, a laser beam having a certain wavelength is condensed at a broken line position 33 and a laser beam having another wavelength is condensed at a solid line position 34. As a result, the machining position and machining shape can be controlled based on the same principle as in the first embodiment. At this time, it is possible to control using a single lens array without using a complicated optical system such as an achromatic lens used in general high-precision processing.

本発明の実施例４（請求項４に対応）について、図４を参照しながら説明する。図４はレーザ加工装置におけるレーザ光の走査手段を示すものである。
この実施例３は、前記実施例１〜実施例３において、レーザ光の伝播にガルバノミラーやポリゴンミラー等のレーザ光走査手段を配置したものである。前記実施例１（図１参照）のレーザ加工装置における波長分布調整手段によって波長分布が制御されたレーザ光４１は、例えばガルバノミラー４２を利用することにより、空間的にその照射位置が制御される。このレーザ光４１は、レンズ４３を通過し空間的に異なる位置４４ａ,４５ａ,４４ｂ,４５ｂに照射される。このとき、前記実施例１〜実施例３のものと同じ作用により、加工位置及び加工形状が制御される。 Example 4 (corresponding to claim 4) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a laser beam scanning means in the laser processing apparatus.
In the third embodiment, laser light scanning means such as a galvanometer mirror or a polygon mirror is arranged for propagation of laser light in the first to third embodiments. The laser light 41 whose wavelength distribution is controlled by the wavelength distribution adjusting means in the laser processing apparatus of the first embodiment (see FIG. 1) is spatially controlled by using, for example, a galvano mirror 42. . The laser beam 41 passes through the lens 43 and is irradiated to spatially different positions 44a, 45a, 44b, and 45b. At this time, the machining position and the machining shape are controlled by the same action as that of the first to third embodiments.

本発明の実施例５（請求項５に対応）について説明する。
この実施例５は、前記実施例１（図１参照）のレーザ加工装置における波長分布調整手段として、一組以上の波長フィルタを用いるものである。この波長フィルタは、例えば色ガラスフィルタや多層膜を利用した干渉フィルタ等を用いることが可能である。薄膜を利用することにより、赤外から深紫外、Ｘ線領域のレーザまで利用することが可能となる。
このとき、フィルタを数枚連続して利用することにより、さまざまな波長分布を形成することが可能である。この場合は、フィルタを複数枚交換しながら連続して加工することもできる。
このように波長フィルタ用いるときは、レーザ光はフィルタを通して直接光伝播手段に伝送され、この光伝播手段の波長による焦点距離の違いにより、前記実施例１〜実施例４のものと同様な作用により加工がなされる。 Embodiment 5 (corresponding to claim 5) of the present invention will be described.
In Example 5, one or more sets of wavelength filters are used as wavelength distribution adjusting means in the laser processing apparatus of Example 1 (see FIG. 1). As this wavelength filter, for example, a color glass filter, an interference filter using a multilayer film, or the like can be used. By using a thin film, it is possible to use lasers in the infrared, deep ultraviolet, and X-ray regions.
At this time, various wavelength distributions can be formed by continuously using several filters. In this case, it is possible to process continuously while replacing a plurality of filters.
When the wavelength filter is used in this way, the laser light is transmitted directly to the light propagation means through the filter, and the same effect as that of the first to fourth embodiments is obtained due to the difference in focal length depending on the wavelength of the light propagation means. Processing is done.

本発明の実施例６（請求項６に対応）について説明する。
この実施例６は、前記実施例１（図１参照）のレーザ加工装置における波長分布調整手段として、一組以上の波長分散素子と空間的な波長選択手段を用いるものである。該波長分散素子としては、ホログラム素子やレンズ等の波長により空間伝播位置を変化せしめるさまざまな素子を利用することが可能である。また該空間的な波長選択手段としては、空間的位置により光の透過を制限する金属板やスリット、ピンホール等の様々な素子を利用することが可能である。 Example 6 (corresponding to claim 6) of the present invention will be described.
The sixth embodiment uses one or more sets of wavelength dispersion elements and spatial wavelength selection means as the wavelength distribution adjusting means in the laser processing apparatus of the first embodiment (see FIG. 1). As the wavelength dispersion element, various elements that change the spatial propagation position depending on the wavelength, such as a hologram element and a lens, can be used. As the spatial wavelength selection means, various elements such as a metal plate, a slit, and a pinhole that limit light transmission depending on a spatial position can be used.

本発明の実施例７（請求項７に対応）について、図５を参照しながら説明する。図５はレーザ加工装置の波長分布調整手段の一例を示すものである。
この実施例７は、前記実施例６の波長分布調整手段における波長分散素子として、回折格子を用いるものである。レーザ光５１は第１の回折格子５２ａに入射される。このとき第１の回折格子５２ａは入射波長に対して、例えば＋１次の方向への回折効率が最大となる構成とする。この第１の回折格子５２ａにより波長ごとに異なった反射角で光が伝播され、第２の回折格子５２ｂに入射する。この第２の回折格子５２ｂは上記第１の回折格子と同一の素子が用いられ、角度を調整することで平行光として反射する。このとき波長により入射位置が異なるため、第２の回折格子５２ｂで反射されたレーザ光は空間的に波長分布が存在することになる。例えば、短波長側は図の下側を、長波長側は図の上側を通過するような構成とすることが可能である。ここで、空間波長選択手段５３により、空間的にレーザ光の透過を制限することにより、レーザ光の波長分布を制御することが可能となる。
この後、さらに上記第１及び第２の回折格子と同様の回折格子対５５ａ,５５ｂの反射を利用することにより、波長分布が制御されたレーザ光５４を形成することが可能となる。また、対の回折格子の代わりに全反射ミラーを用いることも可能である。
このように回折格子を利用する場合、この回折格子のピッチを調整することにより、空間的波長分布を制御することができる。 Example 7 (corresponding to claim 7) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an example of the wavelength distribution adjusting means of the laser processing apparatus.
In the seventh embodiment, a diffraction grating is used as a wavelength dispersion element in the wavelength distribution adjusting means of the sixth embodiment. The laser beam 51 is incident on the first diffraction grating 52a. At this time, the first diffraction grating 52a is configured such that the diffraction efficiency in the + 1st order direction becomes the maximum with respect to the incident wavelength. Light is propagated by the first diffraction grating 52a at different reflection angles for each wavelength and is incident on the second diffraction grating 52b. The second diffraction grating 52b uses the same element as the first diffraction grating, and reflects it as parallel light by adjusting the angle. At this time, since the incident position differs depending on the wavelength, the laser light reflected by the second diffraction grating 52b has a spatial wavelength distribution. For example, the short wavelength side can pass through the lower side of the figure, and the long wavelength side can pass through the upper side of the figure. Here, it is possible to control the wavelength distribution of the laser light by spatially limiting the transmission of the laser light by the spatial wavelength selecting means 53.
Thereafter, by utilizing the reflection of the diffraction grating pair 55a and 55b similar to the first and second diffraction gratings, it becomes possible to form the laser light 54 with a controlled wavelength distribution. It is also possible to use a total reflection mirror instead of the pair of diffraction gratings.
When the diffraction grating is used in this way, the spatial wavelength distribution can be controlled by adjusting the pitch of the diffraction grating.

本発明の実施例８（請求項８に対応）について、図６を参照しながら説明する。図６はレーザ加工装置の波長分布調整手段の一例を示すものである。
この実施例８は、前記実施例６の波長分布調整手段における波長分散素子として、プリズムを用いるものである。レーザ光６１は偏光ビームスプリッター６６を通過して１対のプリズム６２ａ,６２ｂに入射される。このとき、入射レーザの偏光を偏光ビームスプリッタ６６の透過率が最大となる方向とする。この一対のプリズム６２ａ,６２ｂの頂角と位置を設定することにより、プリズム通過後のレーザ光は波長により空間的に分布が生じた平行光となる。
ここで、空間波長選択手段６３によって空間的にレーザ光の透過を制限することにより、入射レーザ光の波長分布を制御することができる。 Example 8 (corresponding to claim 8) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows an example of the wavelength distribution adjusting means of the laser processing apparatus.
The eighth embodiment uses a prism as the wavelength dispersion element in the wavelength distribution adjusting means of the sixth embodiment. The laser beam 61 passes through the polarization beam splitter 66 and is incident on the pair of prisms 62a and 62b. At this time, the polarization of the incident laser is set to a direction in which the transmittance of the polarizing beam splitter 66 is maximized. By setting the apex angles and positions of the pair of prisms 62a and 62b, the laser light after passing through the prism becomes parallel light having a spatial distribution depending on the wavelength.
Here, the wavelength distribution of the incident laser light can be controlled by spatially limiting the transmission of the laser light by the spatial wavelength selecting means 63.

この後、さらに１／４波長板６５により円偏光とされたレーザ光は、反射ミラー６４で反射されて同一の光路に戻される。該１／４波長板６５を再度通過することにより、反射されたレーザ光の偏光方向は９０度変化され、上記空間波長選択手段６３とプリズム６２ａ,６２ｂを透過し、再度偏光ビームスプリッタ６６に入射したレーザ光は反射され、図の上方向にレーザ光７６として伝播される。
この場合、プリズム対６２ａ,６２ｂに同一の頂角のものを用いることにより、容易に本実施例の構成を実現することができる。さらに、該一対のプリズムに無反射コーティングを施すことにより、ロスなく高効率で波長分布を空間強度分布に変換することができる。 Thereafter, the laser light that has been circularly polarized by the quarter-wave plate 65 is reflected by the reflection mirror 64 and returned to the same optical path. By passing through the quarter-wave plate 65 again, the polarization direction of the reflected laser light is changed by 90 degrees, passes through the spatial wavelength selection means 63 and the prisms 62a and 62b, and enters the polarization beam splitter 66 again. The reflected laser beam is reflected and propagated upward as a laser beam 76 in the figure.
In this case, the configuration of the present embodiment can be easily realized by using the prism pairs 62a and 62b having the same apex angle. Furthermore, by applying an anti-reflective coating to the pair of prisms, the wavelength distribution can be converted into a spatial intensity distribution with high efficiency without loss.

本発明の実施例９（請求項９,１０に対応）について説明する。
この実施例９は、前記実施例６の波長分布調整手段における空間的な波長選択手段として、フォトマスクを用いるものである。フォトマスクは、例えば透明基板上にＣｒを蒸着する等によって形成可能であり、金属膜での反射を利用して空間的に光の透過領域を制御する。このとき、反射膜の膜厚を制御することにより、透過率を連続的に変化させたグレーマスクを利用することもできる。
そして、上記フォトマスクの移動手段を設けることもできる。これはフォトマスクを移動ステージ上に保持し、該ステージを移動することにより達成可能である。このとき、フォトマスクの移動手段はレーザ照射タイミングと同期して移動することが望ましく、被加工物の移動手段と同期して移動することも可能である。
また、複数のマスクパタンを用意しておき、その照射位置を上記移動手段によって制御することにより、様々なマスクパタンを利用することもできる。 Embodiment 9 (corresponding to claims 9 and 10) of the present invention will be described.
In this ninth embodiment, a photomask is used as a spatial wavelength selecting means in the wavelength distribution adjusting means of the sixth embodiment. The photomask can be formed, for example, by vapor-depositing Cr on a transparent substrate, and spatially controls a light transmission region using reflection on a metal film. At this time, it is possible to use a gray mask in which the transmittance is continuously changed by controlling the film thickness of the reflective film.
A moving means for the photomask can also be provided. This can be achieved by holding the photomask on a moving stage and moving the stage. At this time, it is desirable that the moving means of the photomask move in synchronization with the laser irradiation timing, and it is also possible to move in synchronization with the moving means of the workpiece.
Moreover, various mask patterns can be used by preparing a plurality of mask patterns and controlling the irradiation position by the moving means.

本発明の実施例１０（請求項１１に対応）について、図７を参照しながら説明する。図７はレーザ加工装置の波長分布調整手段の一例を示すものである。
この実施例１０は、前記実施例６の波長分布調整手段における空間的な波長選択手段として、空間強度変調器を用いるものである。この空間強度変調器としては、透過型の液晶や反射型の液晶素子、反射型のＤＭＤ（デジタルマイクロミラー）、ＭＥＭＳ素子等を利用することが可能である。 Embodiment 10 (corresponding to claim 11) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows an example of the wavelength distribution adjusting means of the laser processing apparatus.
In the tenth embodiment, a spatial intensity modulator is used as a spatial wavelength selecting means in the wavelength distribution adjusting means of the sixth embodiment. As the spatial intensity modulator, a transmissive liquid crystal, a reflective liquid crystal element, a reflective DMD (digital micromirror), a MEMS element, or the like can be used.

レーザ光７１は、偏光分離素子７２と１／４波長板７３を通過して、回折格子対７４を利用して空間的に波長分布を形成する。このレーザ光は、空間強度変調器であるＤＭＤ素子７５によりレーザ光の一部が反射されて元の光路を戻る。他の一部は異なる方向に反射されて利用されないように調整される。元の光路を戻ってきたレーザ光は再度１／４波長板７３を通過することのより、偏光角度が９０度回転され、偏光分離素子７２により反射される。これにより、偏光分離素子７２を通過したレーザ光は波長分布が制御される。このとき、ＤＭＤデバイスのパタンを変化させることにより、任意の波長分布を形成することが可能となる。
このように、本実施例の波長分布調整手段を通過したレーザ光７６は、波長分布が制御されているため、このレーザ光７６を用いてレンズ等の光学素子を透過させ被加工物を照射することにより、前記実施例６のものと同様に加工位置や加工形状を制御することが可能となる。 The laser beam 71 passes through the polarization separating element 72 and the quarter wavelength plate 73 and forms a wavelength distribution spatially using the diffraction grating pair 74. A part of the laser light is reflected by the DMD element 75 which is a spatial intensity modulator, and returns to the original optical path. Other parts are adjusted so that they are not reflected and used in different directions. The laser light that has returned to the original optical path passes through the quarter-wave plate 73 again, so that the polarization angle is rotated by 90 degrees and is reflected by the polarization separation element 72. As a result, the wavelength distribution of the laser light that has passed through the polarization separation element 72 is controlled. At this time, it is possible to form an arbitrary wavelength distribution by changing the pattern of the DMD device.
As described above, since the wavelength distribution of the laser beam 76 that has passed through the wavelength distribution adjusting unit of this embodiment is controlled, the laser beam 76 is used to transmit an optical element such as a lens and irradiate the workpiece. Thus, the machining position and machining shape can be controlled in the same manner as in the sixth embodiment.

本発明の実施例１１（請求項１２に対応）について、図８を参照しながら説明する。この図８は、レーザ加工装置の波長分布調整手段の一例を示すものであり、(ａ)は透過型として利用するもの、(ｂ)は反射型として利用するものである。
この実施例１１は、前記実施例１０の空間強度変調器として、透過型液晶を用いるものである。レーザ光８１は、回折格子対８２ａ,８２ｂを利用して空間的に波長分布が形成される。このレーザ光は透過型液晶８３により光の一部の偏光が回転され、このとき中間値を入力することで、任意の方向に偏光角を制御することが可能である。この液晶８３を透過したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ８４により偏光方向に依存し、ある偏光成分は反射し、残りの偏光成分は透過する。その結果、透過光の波長分布が制御される。その後、回折格子対８２ｃ,８２ｄにより空間分布を制御することにより、この実施例の光学系を通過した後のレーザ光８５は、波長分布及び波長ごとのレーザ強度が制御されている。このレーザ光８５を用いて、その後の光学素子により前記実施例７〜実施例９のものと同様な作用によって、被加工物の表面から深さ方向の加工位置を制御することが可能となる。（図８(ａ)） Example 11 (corresponding to claim 12) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows an example of the wavelength distribution adjusting means of the laser processing apparatus, where (a) is used as a transmission type, and (b) is used as a reflection type.
In Example 11, transmissive liquid crystal is used as the spatial intensity modulator of Example 10. The laser light 81 has a spatial wavelength distribution using the diffraction grating pairs 82a and 82b. In this laser light, the polarization of a part of the light is rotated by the transmissive liquid crystal 83, and at this time, by inputting an intermediate value, the polarization angle can be controlled in an arbitrary direction. The laser light that has passed through the liquid crystal 83 depends on the polarization direction by the polarization beam splitter 84, and a certain polarization component is reflected and the remaining polarization component is transmitted. As a result, the wavelength distribution of the transmitted light is controlled. Thereafter, the spatial distribution is controlled by the diffraction grating pairs 82c and 82d, so that the laser light 85 after passing through the optical system of this embodiment is controlled in wavelength distribution and laser intensity for each wavelength. By using this laser beam 85, it is possible to control the processing position in the depth direction from the surface of the workpiece by the same action as that of the seventh to ninth embodiments by the subsequent optical elements. (Fig. 8 (a))

このような波長分布調整手段では、図８(ｂ)に示すように反射型として利用することも可能である
レーザ光８６は偏光ビームスプリッタ９１を通過し、回折格子対８７ａ,８７ｂにより空間的に波長分散される。その後、液晶素子８８と反射ミラー８９（又は反射型液晶）を配置することにより、空間的に偏光方向の異なったレーザ光を往きと同じ光学系により、再度偏光ビームスプリッタ９１に戻す。このレーザ光の偏光方向により、該偏光ビームスプリッタ９１において一部が反射されて波長分布が制御されたレーザ光９０となる。このレーザ光９０を利用することにより、上記の透過型のものと同様の作用・効果を奏することができる。この実施例の波長分布調整手段は光学系が単純であり、素子の数を低減することができるというメリットを有する。 In such a wavelength distribution adjusting means, it can be used as a reflection type as shown in FIG. 8B. The laser beam 86 passes through the polarization beam splitter 91 and is spatially separated by the diffraction grating pairs 87a and 87b. Wavelength-dispersed. After that, by arranging the liquid crystal element 88 and the reflection mirror 89 (or reflection type liquid crystal), the laser beam having a spatially different polarization direction is returned to the polarization beam splitter 91 again by the same optical system as that in the forward direction. Depending on the polarization direction of the laser beam, a part of the beam is reflected by the polarization beam splitter 91, and the laser beam 90 is controlled in wavelength distribution. By using this laser beam 90, the same operation and effect as the above transmission type can be obtained. The wavelength distribution adjusting means of this embodiment has a merit that the optical system is simple and the number of elements can be reduced.

本発明の実施例１２（請求項１３に対応）について説明する。
この実施例１２は、前記実施例１０の空間強度変調器として、複数の反射型素子を用いるものである。
外部制御素子により複数の反射型素子のパターンを変化させ得るようにする。この複数の反射型素子としては、ＤＭＤ（ミラー型デバイス）を用いることができる。この反射型素子の制御はレーザ照射タイミングと同期させて制御されることが望ましい。
また、被加工物の移動手段を利用する場合には、この移動手段と同期して制御されることが望ましい。 Example 12 (corresponding to claim 13) of the present invention will be described.
In Example 12, a plurality of reflective elements are used as the spatial intensity modulator of Example 10.
A pattern of a plurality of reflective elements can be changed by an external control element. A DMD (mirror type device) can be used as the plurality of reflective elements. It is desirable to control the reflective element in synchronization with the laser irradiation timing.
Moreover, when using the moving means of a workpiece, it is desirable to control in synchronization with this moving means.

本発明の実施例１３（請求項１４に対応）について、図９を参照しながら説明する。図９はレーザ加工装置におけるレーザ光の強度調整手段の一例を示すものである。
この実施例１３は、前記実施例１（図１参照）のレーザ加工装置において、レーザ光の強度を調整する強度調整手段を設けたものである。例えば、入射レーザ光の初期の波長分布が図中左に示す分布であるとする。このとき、例えば図５（実施例７）に示す光学系において、空間的にレーザ光の透過を制限する手段の前面に、空間的に透過率の異なるグレーマスク９５を配置する。これによって透過波長の強度を制御することが可能となり、例えば図中右に示すように、透過光の波長ごとの強度分布を平滑にする等の操作が可能となる。 このように波長ごとの強度が平滑化されると、その結果、精密な加工位置及び加工形状の制御が可能となる。 Example 13 (corresponding to claim 14) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows an example of laser beam intensity adjusting means in the laser processing apparatus.
In Example 13, the laser processing apparatus of Example 1 (see FIG. 1) is provided with intensity adjusting means for adjusting the intensity of laser light. For example, it is assumed that the initial wavelength distribution of the incident laser light is the distribution shown on the left in the figure. At this time, for example, in the optical system shown in FIG. 5 (Embodiment 7), a gray mask 95 having a spatially different transmittance is arranged in front of the means for spatially restricting the transmission of laser light. As a result, it is possible to control the intensity of the transmitted wavelength. For example, as shown on the right side in the figure, it is possible to perform operations such as smoothing the intensity distribution for each wavelength of transmitted light. Thus, when the intensity | strength for every wavelength is smooth | blunted, as a result, precise control of a processing position and a processing shape will be attained.

本発明の実施例１４（請求項１５〜１７に対応）について説明する。
この実施例１４は、前記実施例１〜実施例１３のレーザ加工装置において、レーザ光源を選定して用いることにより、加工位置精度及びその制御性を高め、高精度加工や低エネルギー加工を可能にし、また波長分布の制御を容易にするものである。
レーザ光源として、広帯域で発振するレーザ、例えば、白色レーザ、発振波長域の広い色素レーザ、又はTi:Sapphireレーザ等を用いることができる。
また、レーザ光源として、極短パルスレーザ、例えば、フェムト秒、ピコ秒領域のパルス幅を有するTi:Sapphireレーザ、又はファイバーレーザ等を利用することができる。特に、極短フェムト秒レーザでは、短パルス化のために原理的に発振パルス幅を広くする必要があり、数１０ｎｍ以上の広帯域で発振するレーザが開発されている。
さらに、レーザ光源として、波長変換手段により入射レーザ光の波長変換したものを用いることができる。上記波長変換手段としては、例えば、極短パルスレーザ光をガス導入した中空ファイバーに通過させ、波長を広帯域化した光源や、フォトニック結晶を利用して、入射レーザ光の波長を広帯域化したもの等を利用することが可能である。 Example 14 (corresponding to claims 15 to 17) of the present invention will be described.
In Example 14, the laser processing apparatus of Examples 1 to 13 selects and uses a laser light source, thereby improving processing position accuracy and controllability and enabling high-precision processing and low-energy processing. In addition, the wavelength distribution can be easily controlled.
As the laser light source, a laser that oscillates in a wide band, such as a white laser, a dye laser having a wide oscillation wavelength range, or a Ti: Sapphire laser, can be used.
As the laser light source, an ultrashort pulse laser such as a Ti: Sapphire laser having a pulse width in the femtosecond or picosecond region, or a fiber laser can be used. In particular, in an ultrashort femtosecond laser, it is necessary in principle to widen the oscillation pulse width in order to shorten the pulse, and a laser that oscillates in a wide band of several tens of nanometers or more has been developed.
Furthermore, as the laser light source, a laser beam obtained by converting the wavelength of the incident laser light by the wavelength converting means can be used. As the wavelength conversion means, for example, the wavelength of incident laser light is broadened by using a light source or photonic crystal whose wavelength is broadened by passing an ultrashort pulse laser light through a gas-introduced hollow fiber. Etc. can be used.

本発明の実施例１５（請求項１８,１９に対応）について説明する。
この実施例１５は、前記実施例１〜実施例１７のレーザ加工装置におけるレーザ光の伝播手段について、それを構成する屈折材料や素子について特定することにより、加工位置や加工形状の制御範囲を大きくしたり、簡単な構成で製作コストを安価にするものである。
レーザ光の伝播手段に分散の大きい屈折材料を用いる。屈折材料としては、レンズやプリズム等を用いることが可能であり、これらを二つ以上同時に利用することもできる。屈折材料は入射波長域に対して分散の大きいものが望ましく、一部に分散のない素子と組み合わせて利用することも可能である。
このような屈折材料を用いることにより、波長よって屈折率が異なるので、例えば焦点位置を波長により変化させることが可能であり、これにより加工位置及び加工形状を制御することができる。 Embodiment 15 (corresponding to claims 18 and 19) of the present invention will be described.
In the fifteenth embodiment, the laser beam propagating means in the laser machining apparatus of the first to seventeenth embodiments is specified for the refractive material and element constituting the laser beam propagation means, thereby increasing the control range of the machining position and machining shape. The manufacturing cost can be reduced with a simple configuration.
A refractive material having a large dispersion is used for the laser light propagation means. As the refractive material, a lens, a prism, or the like can be used, and two or more of these can be used simultaneously. The refractive material preferably has a large dispersion with respect to the incident wavelength region, and can be used in combination with an element having no dispersion.
By using such a refractive material, the refractive index varies depending on the wavelength, so that the focal position can be changed depending on the wavelength, for example, and the processing position and the processing shape can be controlled.

また、レーザ光の伝播に分散を利用して空間的な伝播位置を制御する素子を配置し、その伝播距離を長くすることである。このような構成は、例えばレンズを厚くするなどして実現可能である。材料は入射波長域に対して分散の大きいものが望ましく、一部に分散のない素子と組み合わせて利用することも可能である。この場合、空間的に一部に素子を導入し、その加工位置を制御することも可能である。このような構成は、例えばレーザ光の集光側の位置の少なくとも一部に平行透明基板を配置するなどして、実現することが可能である。   In addition, an element for controlling the spatial propagation position by using dispersion for the propagation of laser light is arranged, and the propagation distance is lengthened. Such a configuration can be realized, for example, by increasing the thickness of the lens. The material desirably has a large dispersion with respect to the incident wavelength region, and may be used in combination with an element having no dispersion. In this case, it is also possible to introduce elements partially in the space and control the processing position. Such a configuration can be realized, for example, by arranging a parallel transparent substrate in at least a part of the position on the laser beam condensing side.

本発明の実施例１６（請求項２０に対応）について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、レーザ加工装置におけるレーザ光の伝播手段の一例を示すものである。
この実施例１６は、前記実施例１（図１参照）、実施例５〜実施例１４（図５〜図９参照）のレーザ加工装置におけるレーザ光の伝播手段として、回折格子を利用したものである。例えば、入射レーザ光１０１を、２点に分岐して集光するホログラフィック素子１０２に入射し、空間的に同時に２点集光加工を行う。このとき、波長分布制御を行うことにより、同時に２個所１０３,１０４において内部加工が可能である。また、この場合にレーザ走査又は被加工物を移動することにより、大面積の加工が実現できる。 A sixteenth embodiment (corresponding to claim 20) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows an example of the laser beam propagation means in the laser processing apparatus.
The sixteenth embodiment uses a diffraction grating as a laser beam propagating means in the laser processing apparatuses of the first embodiment (see FIG. 1) and the fifth to fourteenth embodiments (see FIGS. 5 to 9). is there. For example, the incident laser beam 101 is incident on the holographic element 102 that is branched into two points and condensed, and two-point condensing processing is performed spatially simultaneously. At this time, by performing wavelength distribution control, internal processing can be performed at two locations 103 and 104 at the same time. Further, in this case, large area processing can be realized by laser scanning or moving the workpiece.

本発明の実施例１７（請求項２１,２３に対応）についてレーザ加工装置およびレーザによる加工方法、図１１を参照しながら説明する。図１１は、レーザ加工装置の一例を示すものである。
この実施例１７は、前記実施例１〜実施例１６のレーザ加工装置において、それぞれの構成手段を制御手段により同期して制御することにより、加工深さや位置を制御するものである。
極短パルスレーザ１１１から出射された広帯域のレーザ光は、レーザ強度調整手段１１２により強度を調整され、空間波長分散・波長分布調整手段１１３に伝播される。この空間波長分散・波長分布調整手段１１３により波長分布が制御されたレーザ光は、ミラー１１４等で伝播され、波長により焦点位置のことなるレンズなどの光伝播手段１１５により被加工物１１６表面近傍に照射される。この被加工物（被加工材料）１１６はステージ１１７上に固定され、コントローラ１１８等により移動される。極短パルスレーザ１１１の発振タイミング、レーザ強度調整手段１１２、波長分布調整手段１１３、及びステージ１１７は、ＰＣ等の制御手段により同期して制御される。これらの各手段を制御することにより、加工する深さや位置を精密に制御し得る加工装置とすることができる。 Embodiment 17 (corresponding to claims 21 and 23) of the present invention will be described with reference to a laser processing apparatus and a laser processing method, FIG. FIG. 11 shows an example of a laser processing apparatus.
In the seventeenth embodiment, in the laser processing apparatuses of the first to sixteenth embodiments, the processing depth and position are controlled by controlling the respective constituent means in synchronization with the control means.
The broadband laser light emitted from the ultrashort pulse laser 111 is adjusted in intensity by the laser intensity adjusting means 112 and propagated to the spatial wavelength dispersion / wavelength distribution adjusting means 113. The laser light whose wavelength distribution is controlled by the spatial wavelength dispersion / wavelength distribution adjusting unit 113 is propagated by the mirror 114 and the like, and is brought near the surface of the workpiece 116 by the light propagating unit 115 such as a lens whose focal position depends on the wavelength. Irradiated. The workpiece (material to be processed) 116 is fixed on the stage 117 and moved by the controller 118 or the like. The oscillation timing of the ultrashort pulse laser 111, the laser intensity adjusting unit 112, the wavelength distribution adjusting unit 113, and the stage 117 are controlled in synchronization by a control unit such as a PC. By controlling each of these means, a machining apparatus capable of precisely controlling the depth and position of machining can be obtained.

以上において説明した実施例１〜実施例１７は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関するものであるが、ここでは、上記実施例１７（図１１参照）のレーザ加工装置やレーザ加工方法により作製した構造体（素子）について説明する。
第１の構造体は、特に、高精度に加工位置や加工形状が制御され、微細な穴又は屈折率変化領域を透明体内部に有するものである。加工形状は、ドット状、線状、又は線を重ねた面状とすることができ、深さは均一である必要はなく、部分的に深さが異なる構造であってもよい。
例えば、図１２に示されているように、被加工物１２１に連続孔１２２を形成することができる。このように加工された素子は、深さ方向の加工位置が精密に制御された穴形状を有するものであり、回折素子等の光学素子、ＭＥＭＳ素子、マイクロ流路、又はこれらの素子の複製用原版として利用することが可能である。 Examples 1 to 17 described above relate to a laser processing apparatus and a laser processing method, but here, a structure manufactured by the laser processing apparatus and the laser processing method of Example 17 (see FIG. 11). The body (element) will be described.
The first structure has a fine hole or a refractive index change region inside the transparent body, in particular, the processing position and the processing shape are controlled with high accuracy. The processed shape may be a dot shape, a line shape, or a planar shape in which lines are overlapped, and the depth does not need to be uniform, and may be a structure having partially different depths.
For example, as shown in FIG. 12, a continuous hole 122 can be formed in the workpiece 121. The element processed in this way has a hole shape whose processing position in the depth direction is precisely controlled, and is used for optical elements such as diffractive elements, MEMS elements, microchannels, or duplication of these elements. It can be used as an original version.

また、第２の構造体は、特に、表面からの深さ方向の位置を高精度に制御された屈折率変調部を有するものである。加工形状は、ドット状、線状、又は線を重ねた面状とすることができ、深さは均一である必要はなく、部分的に深さが異なる構造であってもよい。
例えば、図１３に示されているように、被加工物１３１にパタン状の変質点１３２を形成することができる。このように変質点を自在に配置することが容易であるため、フォトニッククリスタルや導波路などの光学素子、ホログラム素子、屈折率変調型回折素子、又は多層型の記録媒体として利用することが可能である。また、レーザ光に対する吸収変化の大きい材料を用いることができ、低エネルギーで高速加工が可能である。 In addition, the second structure has a refractive index modulation part in which the position in the depth direction from the surface is controlled with high accuracy. The processed shape may be a dot shape, a line shape, or a planar shape in which lines are overlapped, and the depth does not need to be uniform, and may be a structure having partially different depths.
For example, as shown in FIG. 13, a pattern-like alteration point 132 can be formed on the workpiece 131. In this way, it is easy to dispose the alteration points freely, so it can be used as an optical element such as a photonic crystal or a waveguide, a hologram element, a refractive index modulation type diffraction element, or a multilayer recording medium. It is. In addition, a material having a large absorption change with respect to laser light can be used, and high-speed processing can be performed with low energy.

また、第３の構造体は、特に、表面からの深さ方向の位置を高精度に制御された屈折率変調部を有するものである。
この構造体では、構造体内部にレーザ光により容易に変質する透明領域を設けて、この領域に対して選択的に加工を行う。変質領域は層状又はライン状に配置することができる。例えば、変質が容易な層と非変質層を多層に配置することにより、変質領域を空間選択的に加工することができる。このとき、層の厚みを制御することにより変質領域の大きさを制御することが可能である。加工形状はドット状、線状、又は線を重ねた面状とすることができる。深さは均一である必要はなく、部分的に深さが異なる構造であってもよい。 In addition, the third structure has a refractive index modulation part in which the position in the depth direction from the surface is controlled with high accuracy.
In this structure, a transparent region that is easily altered by a laser beam is provided inside the structure, and this region is selectively processed. Altered regions can be arranged in layers or lines. For example, the altered region can be processed in a space-selective manner by arranging a layer that is easily altered and a non-altered layer in multiple layers. At this time, it is possible to control the size of the altered region by controlling the thickness of the layer. The processed shape can be a dot shape, a line shape, or a planar shape in which lines are overlapped. The depth does not need to be uniform, and a structure having partially different depths may be used.

例えば、図１４に示されているように、被加工物１４０にパタン状の変質点１４３を形成することが可能である。この被加工物１４０には、加工用のレーザ光波長で変質しない透明部１４１及び該レーザ光波長で変質する透明部１４２が層状に設けてあり、上記実施例１７（図１１参照）のレーザ加工装置により、変質部周辺においてそれぞれ複数点で集光が可能であるため、波長パタンを時間的に変化させることにより、変質点１４３を自在に配置することができ、記録媒体に利用することが可能である。また、集光部を長く設計しても、上記変質する透明部（変質層）１４２のみが確実に変質するため、エラーの少ない記録媒体が実現可能である。
そして、加工レーザ光に対して屈折率変化の容易な材料を用いることができ、低エネルギーで高速加工が可能である。照射位置がずれた場合でも加工位置の変化を抑えることができ、加工位置制御が容易であり高精度の加工位置制御が可能である。また、変質層のみの空間選択的な加工をすることができ、加工幅を変質層の厚みにより制御することが可能である。 For example, as shown in FIG. 14, it is possible to form a pattern-like alteration point 143 on the workpiece 140. The workpiece 140 is provided with a transparent portion 141 that is not altered by the laser beam wavelength for processing and a transparent portion 142 that is altered by the laser beam wavelength in layers, and the laser processing of Example 17 (see FIG. 11). Since the device can collect light at multiple points around the altered part, the altered point 143 can be freely arranged by changing the wavelength pattern with time, and can be used as a recording medium. It is. Further, even if the condensing part is designed to be long, only the transparent part (deteriorated layer) 142 to be altered is definitely altered, so that a recording medium with few errors can be realized.
In addition, a material whose refractive index can be easily changed with respect to the processing laser light can be used, and high-speed processing with low energy is possible. Even when the irradiation position is deviated, a change in the machining position can be suppressed, machining position control is easy, and machining position control with high accuracy is possible. Further, it is possible to perform space-selective processing of only the deteriorated layer, and the processing width can be controlled by the thickness of the deteriorated layer.

は、本発明の実施例１のレーザ加工装置を説明する図である。(ａ)は基本的なレーザ加工装置の模式図であり、(ｂ)は加工位置におけるレーザ光の振る舞いを示す模式図である。These are the figures explaining the laser processing apparatus of Example 1 of this invention. (a) is a schematic diagram of a basic laser processing apparatus, and (b) is a schematic diagram showing the behavior of laser light at a processing position. は、実施例２において、レンズにより集光したレーザ光の振る舞いを示す模式図である。These are the schematic diagrams which show the behavior of the laser beam condensed with the lens in Example 2. FIG. は、実施例３において、マイクロレンズアレイにより集光したレーザ光の振る舞いを示す模式図である。These are the schematic diagrams which show the behavior of the laser beam condensed by the microlens array in Example 3. は、実施例４において、ガルバノミラーによるレーザ光の振る舞いを示す模式図である。These are the schematic diagrams which show the behavior of the laser beam by a galvanometer mirror in Example 4. FIG. は、実施例７における波長分布調整手段を説明する模式図である。These are the schematic diagrams explaining the wavelength distribution adjustment means in Example 7. FIG. は、実施例８における波長分布調整手段を説明する模式図である。These are the schematic diagrams explaining the wavelength distribution adjustment means in Example 8. FIG. は、実施例１０における波長分布調整手段を説明する模式図である。These are the schematic diagrams explaining the wavelength distribution adjustment means in Example 10. FIG. は、実施例１１における波長分布調整手段を説明する模式図である。These are the schematic diagrams explaining the wavelength distribution adjustment means in Example 11. FIG. は、実施例１３における強度調整手段を説明する模式図である。These are the schematic diagrams explaining the intensity | strength adjustment means in Example 13. FIG. は、実施例１６において、レーザ光の伝播手段である回折素子によるレーザ光の振る舞いを示す模式図である。These are the schematic diagrams which show the behavior of the laser light by the diffraction element which is the propagation means of the laser light in Example 16. FIG. は、実施例１７のレーザ加工装置を説明する模式図である。These are the schematic diagrams explaining the laser processing apparatus of Example 17. FIG. は、本発明のレーザ加工装置により作製された構造体の模式図である。These are the schematic diagrams of the structure produced with the laser processing apparatus of this invention. は、本発明のレーザ加工装置により作製された別の構造体の模式図である。These are the schematic diagrams of another structure produced with the laser processing apparatus of this invention. は、本発明のレーザ加工装置により作製された更に別の構造体の模式図である。These are the schematic diagrams of another structure produced with the laser processing apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０,１１１‥‥レーザ、レーザ光源（極短パルスレーザ）
１１,２１,３１,４１‥‥レーザ光 １２,１１３‥‥波長分布調整手段
１３‥‥光学素子（レンズ等）
１４,１１６,１２１,１３１,１４０‥‥被加工物（被加工材料）
２２,４３‥‥レンズ ３２‥‥マイクロレンズアレイ
４２‥‥ガルバノミラー
５１,６１,７１,８１,８６,１０１‥‥レーザ光
５２,５５,７４,８２,８７‥‥回折格子
５３,６３‥‥空間波長選択手段 ６２‥‥プリズム
６４,８９,１１４‥‥反射ミラー ６５,７３‥‥１／４波長板
６６,８４,９１‥‥偏光ビームスプリッタ
７２‥‥偏光分離素子 ７５‥‥ＤＭＤ素子
８３,８８‥‥液晶素子 ９５‥‥グレーマスク
１０２‥‥ホログラフィック素子 １１２‥‥レーザ強度調整手段
１１５‥‥光伝播手段（レンズ、） １１７‥‥ステージ
１１８‥‥制御手段（コントローラ） 10,111 ... Laser, laser light source (very short pulse laser)
11, 21, 31, 41 ... laser light 12, 113 ... wavelength distribution adjusting means 13 ... optical elements (lenses, etc.)
14,116,121,131,140 ... Workpiece (workpiece material)
22, 43 ... Lens 32 ... Micro lens array 42 ... Galvano mirror 51, 61, 71, 81, 86, 101 ... Laser light 52, 55, 74, 82, 87 ... Diffraction grating 53, 63 ... Spatial wavelength selection means 62 ... Prism 64, 89, 114 ... Reflection mirror 65, 73 ... 1/4 wavelength plate 66, 84, 91 ... Polarization beam splitter 72 ... Polarization separation element 75 ... DMD element 83, 88 ... Liquid crystal element 95 ... Gray mask 102 ... Holographic element 112 ... Laser intensity adjusting means 115 ... Light propagation means (lens) 117 ... Stage 118 ... Control means (controller)

Claims (26)

レーザ光を照射するレーザ光源と、
該レーザ光の波長分布を制御する波長分布調整手段と、
波長に依存して空間的に異なる位置にレーザ光を伝播させる伝播手段とから構成され、
上記波長分布調整手段によりレーザ光の波長分布を制御することにより、該レーザ光に対して透過性の高い被加工物の内部の複数箇所を離散的にかつ同時に加工することを特徴とするレーザ加工装置。 A laser light source for irradiating laser light;
Wavelength distribution adjusting means for controlling the wavelength distribution of the laser beam;
A propagation means for propagating laser light to spatially different positions depending on the wavelength,
Laser processing characterized by controlling the wavelength distribution of laser light by the wavelength distribution adjusting means to discretely and simultaneously process a plurality of locations inside a workpiece that is highly transmissive to the laser light. apparatus. 上記伝播手段が、波長により焦点距離が異なる少なくとも一組以上のレンズ又は回折素子から成り、レーザ光の集光点近傍において加工を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。   2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the propagation unit includes at least one set of lenses or diffraction elements having different focal lengths depending on wavelengths, and performs processing in the vicinity of a condensing point of laser light. 上記伝播手段が、波長により焦点距離が異なる少なくとも一組以上のマイクロレンズアレイ又は回折光学素子から成り、複数箇所にレーザ光を集光し、その近傍において加工を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。   2. The propagating means comprises at least one or more sets of microlens arrays or diffractive optical elements having different focal lengths depending on wavelengths, condenses laser light at a plurality of locations, and performs processing in the vicinity thereof. The laser processing apparatus as described in. 上記レーザ光の走査手段を設けることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレーザ加工装置。   4. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising a scanning unit for the laser beam. 上記波長分布調整手段が、一つ以上の波長フィルタで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the wavelength distribution adjusting means includes one or more wavelength filters. 上記波長分布調整手段が、少なくとも一組以上の波長分散素子と空間的波長選択手段により構成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のレーザ加工装置。   5. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the wavelength distribution adjusting unit includes at least one set of wavelength dispersion elements and a spatial wavelength selecting unit. 上記波長分散素子が回折格子であることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 6, wherein the wavelength dispersion element is a diffraction grating. 上記波長分散素子がプリズムであることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 6, wherein the wavelength dispersion element is a prism. 上記空間的波長選択手段が光の透過率を制限するフォトマスクであることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載のレーザ加工装置。   9. The laser processing apparatus according to claim 6, wherein the spatial wavelength selection means is a photomask that limits light transmittance. 上記フォトマスクを移動手段により移動させ、時間的に選択波長を変化させることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 9, wherein the photomask is moved by a moving unit to change the selected wavelength with time. 上記空間的波長選択手段が空間強度変調器であることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to any one of claims 6 to 8, wherein the spatial wavelength selection means is a spatial intensity modulator. 上記空間強度変調器が、透過型液晶と偏光分離素子で構成されることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 11, wherein the spatial intensity modulator includes a transmissive liquid crystal and a polarization separation element. 上記空間強度変調器が、複数の反射型素子で構成されることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 11, wherein the spatial intensity modulator includes a plurality of reflective elements. 少なくとも、レーザ光の強度、又は波長ごとのレーザ光強度を調整する手段を設けることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のレーザ加工装置。   14. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising means for adjusting at least the intensity of the laser beam or the intensity of the laser beam for each wavelength. 上記レーザ光源が広帯域で発振するレーザであることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser light source is a laser that oscillates in a wide band. 上記レーザ光源が極短パルスレーザであることを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれかに記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser light source is an ultrashort pulse laser. 上記レーザ光の波長変換手段を有し、該波長変換手段により波長帯域を広くした光源を利用することを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれかに記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 16, further comprising a light source having a wavelength conversion unit for the laser light and having a wavelength band widened by the wavelength conversion unit. 上記レーザ光の伝播手段に波長分散の大きい屈折材料を用い、レーザ光の屈折を利用して被加工物の加工位置及び加工形状を制御することを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれかに記載のレーザ加工装置。   18. The method according to claim 1, wherein a refraction material having a large wavelength dispersion is used for the propagation means of the laser light, and the processing position and the processing shape of the workpiece are controlled using the refraction of the laser light. A laser processing apparatus according to claim 1. 上記レーザ光の伝播手段として、屈折した伝播レーザ光の光路長の長い光学素子を用いたことを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれかに記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein an optical element having a long optical path length of the refracted propagation laser light is used as the laser light propagation means. 上記レーザ光の伝播手段に回折光学素子を利用し、該回折光学素子の波長による焦点位置変化を利用することを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれかに記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein a diffractive optical element is used as the laser light propagation means, and a focal position change due to a wavelength of the diffractive optical element is used. レーザ光を照射するレーザ光源と、
該レーザ光の波長分布を制御する波長分布調整手段と、
波長に依存して空間的に異なる位置にレーザ光を伝播させる伝播手段と、
被加工物を移動する移動手段と、
上記レーザ光源と波長分布調整手段と移動手段を制御する制御手段とから構成され、
上記制御手段により、レーザ光の照射、波長分布の制御、及び被加工物の移動のタイミングを制御して、該レーザ光に対して透過性の高い被加工物の内部の複数箇所を離散的にかつ同時に加工することを特徴とするレーザ加工装置。 A laser light source for irradiating laser light;
Wavelength distribution adjusting means for controlling the wavelength distribution of the laser beam;
Propagation means for propagating laser light to spatially different positions depending on the wavelength;
Moving means for moving the workpiece;
The laser light source, wavelength distribution adjusting means and control means for controlling the moving means,
The control means controls the timing of laser light irradiation, wavelength distribution control, and workpiece movement to discretely distribute a plurality of locations inside the workpiece that are highly transmissive to the laser light. A laser processing apparatus characterized by processing simultaneously. 被加工物に照射するレーザ光の波長分布を制御し、
波長に依存して空間的に異なる位置に該レーザ光を伝播させ、
該レーザ光に対して透過性の高い被加工物の内部の複数箇所を離散的にかつ同時に加工することを特徴とするレーザ加工方法。 Control the wavelength distribution of the laser light that irradiates the workpiece,
Propagating the laser beam to spatially different positions depending on the wavelength,
A laser processing method characterized by processing a plurality of locations inside a workpiece having a high transmittance with respect to the laser light discretely and simultaneously. 被加工物に照射するレーザ光の波長分布を制御し、
波長に依存して空間的に異なる位置に該レーザ光を伝播させ、
上記被加工物を移動、又は上記被加工物に照射するレーザ光を走査させ、
レーザ光の照射、波長分布の制御、及び被加工物の移動又はレーザ光走査のタイミングを制御して、該レーザ光に対して透過性の高い被加工物の内部の複数箇所を離散的にかつ同時に加工することを特徴とするレーザ加工方法。 Control the wavelength distribution of the laser light that irradiates the workpiece,
Propagating the laser beam to spatially different positions depending on the wavelength,
Move the workpiece or scan the laser beam that irradiates the workpiece,
By controlling the timing of laser beam irradiation, wavelength distribution control, workpiece movement or laser beam scanning, a plurality of locations inside the workpiece that are highly transmissive to the laser beam are discretely and The laser processing method characterized by processing simultaneously. 請求項２１に記載のレーザ加工装置又は請求項２３に記載のレーザ加工方法により形成されたことを特徴とする、内部に空間的な微細欠陥構造を有する構造体。   A structure having a spatially fine defect structure therein, which is formed by the laser processing apparatus according to claim 21 or the laser processing method according to claim 23. 請求項２１に記載のレーザ加工装置又は請求項２３に記載のレーザ加工方法により形成されたことを特徴とする、内部に屈折率変化領域を有する構造体。   A structure having a refractive index change region therein, wherein the structure is formed by the laser processing apparatus according to claim 21 or the laser processing method according to claim 23. 請求項２１に記載のレーザ加工装置又は請求項２３に記載のレーザ加工方法により形成されることを特徴とする、少なくとも一部にレーザ光により変質可能な領域を有し、該変質可能な領域の少なくとも一部に屈折率変化構造を形成した構造体。   It is formed by the laser processing apparatus according to claim 21 or the laser processing method according to claim 23, and has at least part of a region that can be altered by laser light, A structure in which a refractive index changing structure is formed at least partially.
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